نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 دانشگاه شهید باهنر

چکیده

این پژوهش به منظور بررسی اثر غلظت‌های مختلف متیل‌جاسمونات(0، 5، 10 و 20 میکرومولار) در گیاهانی که تحت تأثیر سطوح مختلف فلز مس (0، 50، 100 و 200 میکرومولار) قرار داشتند انجام شد. میزان پرولین، قند احیاکننده و میزان جذب آهن، روی، منیزیم و مس در گیاهان اندازه‌گیری شد. همچنین محتوای Mg، Cu، Fe و Zn از طریق اسپکتروسکوپی با نشر مرئی-پلاسمای جفت شده القایی(ICP-OES ) مدل Vista MPX تحت شرایط بهینه اندازه گرفته شد. نتایج نشان داد، که با افزایش غلظت مس در محلول غذایی میزان تجمع مس در اندام هوایی و ریشه افزایش می‌یابد. کاربرد متیل‌جاسمونات باعث کاهش میزان مس در گیاه شد. در حضور مقادیر زیاد مس در محلول غذایی، محتوای آهن در ریشه زیاد و در اندام هوایی کم گردید. کاربرد متیل‌جاسمونات موجب کاهش میزان آهن در ریشه و افزایش آن در اندام هوایی شد. در شرایط تنش مس محتوای منیزیم در اندام هوایی گیاه کاهش یافت در حالی که محتوای منیزیم ریشه نسبت به شاهد تغییری نکرد. میزان روی در ریشه گیاه کاهش یافت و در اندام هوایی تغییری نکرد. تیمار متیل‌جاسمونات و مس نشان داد که در برخی از غلظت‌ها، متیل‌جاسمونات باعث افزایش مقدار یون‌ها از جمله منیزیم و روی در اندام هوایی گردید. بنابراین تیمار متیل‌جاسمونات به طور موثری باعث کاهش تنش مس از طریق تغییر محتوای یونها در شرایط تنش در گیاه شاهی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of methyl jasmonate on proline content and absorption Cu, Fe, Zn and Mg in Lepidium sativum L. subjected to copper toxicity

چکیده [English]

This study aimed to investigate the effect of different concentrations of methyl jasmonate (0, 5, 10 and 20 μ) in plants under different levels of Cu (0, 50, 100 and 200 μ) were performed. Proline, reducing sugars and absorption of iron, zinc, magnesium and copper were measured in plants. The determination of Mg, Fe, Zn, Cu contents was performed on a model Vista MPX Varian inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy (ICP-OES) under optimized measurement condition. Our results showed that with the increase of copper concentration in the nutrient solution of copper accumulation in shoots and roots increased. Use of methyl jasmonate reduces the amount of copper in plants. The presence of large amounts of copper in the nutrient solution, iron content in roots increased while decreased in shoots. Use of methyl jasmonate reduces the amount of iron in the shoots. The magnesium content of copper stress on root crops decreased while the magnesium content was unchanged compared with controls. The rate of decline in plant roots and shoots did not change. Methyl jasmonate treatment of certain concentrations under increasing amounts of copper ions such as magnesium and zinc in the shoot.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cu
  • Lepidium sativum
  • Methyl Jasmonate

تاثیر کاربرد متیل­جاسمونات بر محتوای پرولین و جذب عناصر مس، آهن، روی و منیزیم در گیاه شاهی (Lepidium sativum) تحت سمیت مس

الهام اسدی کرم*، زهرا اسرار و بتول کرامت

کرمان، دانشگاه باهنر کرمان، دانشکده علوم گروه زیست­شناسی 

تاریخ دریافت: 7/2/93                  تاریخ پذیرش: 12/7/93

چکیده

این پژوهش به منظور بررسی اثر غلظت­های مختلف متیل­جاسمونات(0، 5، 10 و 20 میکرومولار) در گیاهانی که تحت تأثیر سطوح مختلف فلز مس (0، 50، 100 و 200 میکرومولار) قرار داشتند انجام شد. میزان پرولین، قند احیاکننده و میزان جذب آهن، روی، منیزیم و مس در گیاهان اندازه­گیری شد. همچنین محتوای Mg، Cu، Fe و Zn از طریق اسپکتروسکوپی با نشر مرئی-پلاسمای جفت شده القایی(ICP-OES ) مدل Vista MPX تحت شرایط بهینه اندازه گرفته شد.  نتایج نشان داد، که با افزایش غلظت مس در محلول غذایی میزان تجمع مس در اندام هوایی و ریشه افزایش می­یابد. کاربرد متیل­جاسمونات باعث کاهش میزان مس در گیاه شد. در حضور مقادیر زیاد مس در محلول غذایی، محتوای آهن در ریشه زیاد و در اندام هوایی کم گردید. کاربرد متیل­جاسمونات موجب کاهش میزان آهن در ریشه و افزایش آن در اندام هوایی شد. در شرایط تنش مس محتوای منیزیم در اندام هوایی گیاه کاهش یافت در حالی که محتوای منیزیم ریشه نسبت به شاهد تغییری نکرد. میزان روی در ریشه گیاه کاهش یافت و در اندام هوایی تغییری نکرد. تیمار متیل­جاسمونات و  مس  نشان داد که در برخی از غلظت­ها، متیل­جاسمونات باعث افزایش مقدار یون­ها از جمله منیزیم و روی در اندام هوایی گردید. بنابراین تیمار متیل­جاسمونات به طور موثری باعث کاهش تنش مس از طریق تغییر محتوای یونها در شرایط تنش در گیاه شاهی شد.

واژه های کلیدی: گیاه شاهی، متیل­جاسمونات، مس

* نویسنده مسئول، تلفن: 03433222032 ، پست الکترونیکی : Asadikaram_e2007@yahoo.com

مقدمه

 

مس به عنوان یک کوفاکتور در فرایند­های فیزیولوژیکی مختلف سلول­های گیاهی عمل می­کند که شامل انتقال الکترون در فتوسنتز، تنفس میتوکندریایی، ربایش سوپراکسید، لیگنینی­شدن دیواره سلولی می­باشد (9). مس یک عنصر فلزی ضروری برای تغذیه گیاه است و نقش مهمی در فرایندهای متابولیکی مختلف بازی می­کند، اما می تواند در غلظت­های بالا برای گیاهان و حیوانات سمی باشد (16). غلظت معمول این فلز در بافت­های گیاهی بین 5-1 میکروگرم بر گرم وزن خشک است (21). این مقدار بسته به گونه و واریته­های مختلف متفاوت می­باشد. علاوه براین مس اضافی می­تواند جذب سایر عناصر غذایی را تغییر دهد (15). بر­این­ اساس، یک نشانه­ سمیت فلز سنگین درگیاهان، بر هم خوردن تعادل تغذیه گیاه است. برای مثال غلظت عنصر + K، Ca2+،2+ Mg و2+ Mn در اندام هوایی با افزایش غلظت Cu در محلول غذایی کاهش می­یابد (27). مس به اشکال مختلفی در خاک وجود دارد. غلظت مس محلول در خاک در کل کم و بیش از 98 درصد مس محلول متصل به مواد آلی می­باشد (27) و ماده آلی خاک می­تواند مهم ترین عامل خاک در تعیین Cu در دسترس باشد(26). مشخص شده که سهم Cu+2 متصل به ماده آلی در محلول خاک از 37 درصد تا 95 درصد می­باشد که  با کاهش PH افزایش می­یابد (25). مس به مقدار زیاد در اثر رسوب مواد رها شده از پسماند فاضلاب­ها، معدن­کاری، ذوب فلزات، فعالیت­های صنعتی و کاربرد گسترده آفت­کش­ها به محیط وارد شده، غلظت­های زیاد آن به عنوان یک آلاینده دایمی در محیط محسوب می­شود. مس همانند سایر فلزات سنگین از طریق ریشه و به صورت Cu2+ از محلول خاک جذب گیاه می­شود (30).

گیاهان سه استراتژی را برای رشد در خاک­های آلوده به فلزات بکار می­برند (24). شامل حذف­کنندهای فلز((Metal excluders، این گیاهان از ورود فلزات به بخش­های هوایی جلوگیری می­کنند و یا غلظت فلزی ثابت و پایین را در گستره وسیعی از غلظت­های فلزی در خاک حفظ می­کنند. اینها معمولاً فلز را در ریشه­هایشان محدود می­کنند. این گیاهان ممکن است از طریق تغییر در نفوذپذیری غشاهایشان،تغییر در ظرفیت اتصال فلزات به دیواره سلولی و یا ترشح ترکیبات کلاته­کننده این عمل را انجام دهند(12). از راه­های تحمل گیاه به فلز سنگین می­توان اتصال فلز به دیواره سلول، کاهش انتقال از میان غشاء و خروج فعال یون­ها را نام برد (28). معرف­های فلز(Metal indicator) ، گونه­هایی که به صورت فعال فلزات را در بافت­های هوایی تجمع می­کنند و عموماً منعکس­کننده سطح فلزات در خاک هستند. این گیاهان غلظت­های موجود از فلزات را بوسیله تولید ترکیبات درون سلولی متصل­شونده به فلزات)کلاتورها( و یا تغییر کده­بندی فلزات و ذخیره سازی فلزات در بخش­های غیرحساس)واکوئل) تحمل می­کنند (28). گونه­های گیاهی تجمع­دهنده فلزات، این گیاهان می­توانند فلزات را در بخش­های هوایی خود تا سطوح بالاتر از آنچه که در خاک وجود دارد درخودشان تغلیظ کنند. این گیاهان سطوح بالای مواد آلوده­کننده را جذب کرده و آن را در ریشه­ها، ساقه­ها و یا برگ­ها تجمع می­دهند (24). جاسمونیک­اسید و متیل استرهای آن که در حالت کلی به جاسمونات­ها معروف هستند به عنوان تنظیم­کننده رشد گیاهی طبیعی جنبه­های مختلف واکنش گیاهان در مقابل تنش­های محیطی را تحت تاثیر قرار می­دهند (11). این مواد فرآورده نهایی اکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع همانند اسید لینولئیک می­باشند که به صورت مولکول­های سیگنالی سیستمهای دفاعی گیاهان را در مقابل عوامل تنش­زای محیطی فعال می­کنند (34). تاثیر متیل­جاسمونات بر کاهش خسارات ناشی از تنش کم آبی در توت فرنگی (36) و ذرت (18) و همچنین اثر آن بر سازگاری گیاه جو به تنش شوری  (35) بیانگر کارآیی ترکیب فوق در زمینه کاهش خسارت ناشی از تنش­های محیطی در گیاهان می­باشد. با توجه به تاثیر مثبت متیل­جاسمونات در مقابله با تنش­های محیطی، هدف کلی از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر احتمالی متیل­جاسمونات بر میزان جذب و انتقال عناصر ضروری در گیاه شاهی تحت شرایط تنش مس می­باشد.

مواد و روشها

گیاه مورد مطالعه در این پژوهش، گیاه شاهی(L. sativum Lepidium) می­باشد که متعلق به خانواده Brassicaceae است. بذرها از مرکز تحقیقات کشاورزی کرج تهیه شد. برای این منظور ابتدا بذرهای یکسان از نظر اندازه، با سدیم هیپوکلریت 5/0 درصد به مدت یک دقیقه ضدعفونی شده و سپس دو دفعه با آب مقطرشسته شدند. برای کشت گیاه، از گلدان­های پلاستیکی با قطر 12 سانتیمتر حاوی پرلیت استفاده شد. سپس بذرهای خیس خورده به گلدان­ها منتقل شدند. برای هر تیمار 3 گلدان به عنوان 3 تکرار در نظر گرفته شد. در هر گلدان دو بذر به عنوان دو نمونه کاشته شد. گلدان­ها پس از کشت در گلخانه، تحت شرایط نوری(16: 8) (نور/ تاریکی) با شدت نور 14 کیلولوکس، رطوبت 75 درصد و دمای(16) درجه سانتیگراد(تاریکی/ نور) قرار گرفتند و به منظور تامین املاح مورد نیاز گیاه، گلدان­ها هفته­ای 3 مرتبه با محلول غذایی هوگلند 2/1 با pH تقریبی1± 7/5 مدت 3 هفته آبیاری شدند. پس از اینکه گیاهان به رشد کافی رسیدند(مرحله سه جفت برگی)، به مدت دو هفته به صورت یک روز در میان، تیمارهای مس و جاسمونات به طور همزمان اعمال شد. به منظور تهیه­ی محلولهایی با غلظت­های 0، 50، 100 و 200 میکرومولار مس، مقدار مناسبی از سولفات مس به محلول هوگلند اضافه گردیده و pH محلول­ها با استفاده از اسید­کلریدریک و پتاس یک میلی­مولار تنظیم شد. محلول­ها به صورت یک روز در میان به حجم 50 میلی لیتر به گلدانها اضافه و در فواصل بین تیمارها به منظور مرطوب نگه داشتن خاک و ممانعت از تجمع بیش از حد نمک در گلدان­ها از آب مقطر استفاده می­شد. محلول­پاشی گیاهان توسط متیل­جاسمونات نیز با غلظت­های 0، 5، 10 و20 میکرومولار همزمان با تیمار محلول­های مس شروع و به مدت دو هفته ادامه داشت. پس از گذشت دو هفته نمونه­ها برداشت شدند. برای سنجش میزان آسیب به غشا، میزان نشت یونی از روش(8)Ben Hamed  و همکاران استفاده شد. اندازه­گیری مقدار قندهای احیاکننده از روش(29) Somogy- Neslonانجام شد. برای اندازه­گیری پرولین از روش(7) Bates و همکاران استفاده شد. 

سنجش میزان عناصر مس، آهن، روی و منیزیم در اندام هوایی و ریشه با دستگاه ICP Induced Coupled Plasma)): به منظور اندازه­گیری یون­های فوق از دستگاهICP استفاده شد. در این روش 125/0 گرم از بافت خشک ریشه و ساقه به صورت جداگانه به 5 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ اضافه گردید. سپس به مدت بیش از 24 ساعت در زیر هود قرار داده تا هضم اسیدی شوند. سپس در زیر هود حرارت داده شده تا بخارات اسیدی از آن خارج شود. در نهایت، حجم محلول به 50 میلی لیتر رسانده و از کاغذ صافی عبور داده شد. از محلول شفاف رویی جهت اندازه­گیری مقدار یون مورد نظر در دستگاه ICP استفاده گردید.

تحلیل آماری: این تحقیق در قالب یک طرح فاکتوریل کاملاً تصادفی انجام شد. برای هر تیمار سه تکرار در نظر گرفته شد. داده­های حاصل از اندازه­گیری پارامترها، با استفاده از نرم افزار16.0  SPSS تحت آنالیز واریانس یک­طرفه قرار گرفتند و میانگین داده­ها با آزمون دانکن مقایسه شدند. 05/0P < به عنوان اختلاف معنی­دار در نظر گرفته شد.

نتایج

تیمار مس باعث افزایش معنی­دار میزان نشت یونی نسبت به شاهد گردید، همچنین تیمار متیل­جاسمونات به تنهایی، موجب افزایش درصد نشت یونی نسبت به گیاه شاهد شد. در تیمار توام مس و متیل­جاسمونات، غلظت 5 و 10 میکرومولار متیل­جاسمونات، باعث کاهش معنی­دار نشت یونی در غلظت 100 میکرومولار مس، نسبت به شرایط تیمار مس بدون متیل­جاسمونات شد.  

 

 

 

نمودار1- اثر تیمار متیل­جاسمونات و مس بر درصد نشت یونی گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p >   اختلافی ندارند.

 

نتایج نشان داد که، تنش مس باعث افزایش مقدار قند در برگ در مقایسه با نمونه شاهد شد. کاربرد متیل­جاسمونات به تنهایی، اثر معنی­داری بر مقدار قند برگ نداشته است، اما غلظت­های 5 و10 میکرومولار متیل­جاسمونات، مقدار قند را در تیمار غلظت­های 50 و 100  میکرومولار مس نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات کاهش داده است.

 

 

 

نمودار2- اثر تیمار متیل­جاسمونات و مس بر میزان قند احیاکننده در برگ گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p >   اختلافی ندارند.

 

در اندازه­گیری مقدار پرولین برگ مشاهده شد که، تیمار گیاهان با 100 و200 میکرومولار مس باعث افزایش معنی­دار مقدار پرولین در مقایسه با گیاهان شاهد گردید. تیمار متیل­جاسمونات به تنهایی، تغییر معنی­داری نسبت به شاهد نداشت. در گیاهان تحت تیمار غلظت­های 50 و 100 میکرومولار مس، تیمار 5 و 10 میکرومولار متیل­جاسمونات باعث کاهش معنی­دار محتوای پرولین برگ نسبت به گیاهان شاهد و گیاهان در شرایط تنش بدون جاسمونات گردید (نمودار3).

 

 

 

نمودار 3- اثر تیمار متیل­جاسمونات و مس بر میزان پرولین برگ گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p >   اختلافی ندارند.


نتایج حاصل از اندازه گیری میزان عناصر در اندام هوایی و ریشه گیاه شاهی: میزان تجمع فلز مس در اندام هوایی و ریشه: میزان تجمع فلز مس در اندام هوایی و ریشه با افزایش غلظت مس در محلول غذایی افزایش یافت. تیمار متیل جاسمونات به تنهایی، تأثیر معنی­داری بر محتوای مس در اندام هوایی و ریشه نداشت، تیمارهای توام مس و متیل­جاسمونات باعث کاهش محتوای مس در اندام هوایی نسبت به گیاهان تحت تنش بدون تیمار متیل­جاسمونات شدند(جدول1). تیمار متیل­جاسمونات به تنهایی، باعث کاهش محتوای مس در ریشه شد. در گیاهان تحت تنش مس تیمارهای 5 و 10 میکرومولار متیل­جاسمونات، باعث کاهش میزان تجمع مس در ریشه نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات شد(جدول2­).

میزان تجمع فلزآهن در اندام هوایی و ریشه: تیمار مس به تنهایی، تاثیر معنی­داری بر تجمع میزان آهن در اندام هوایی نداشت. تیمار متیل جاسمونات به تنهایی، باعث افزایش محتوای آهن در اندام هوایی شد که این افزایش، تنها در غلظت 20 میکرومولار متیل­جاسمونات نسبت به گیاهان شاهد معنی­دار است. در بررسی تیمار توام، تیمار10 و 20 میکرومولار متیل­جاسمونات در تمام غلظت های مس به کار برده شده، باعث افزایش میزان آهن در اندام هوایی و کاهش این میزان در ریشه گیاهان گردید.

میزان تجمع منیزیم در اندام هوایی و ریشه: تیمارهای مس به تنهایی، میزان منیزیم در اندام هوایی کاهش یافت در حالی که در شرایط کاربرد مس، برخی تیمارهای متیل­جاسمونات باعث افزایش میزان منیزیم در اندام هوایی گردید(جدول1). تیمار مس به تنهایی، تاثیر معنی­داری بر تجمع میزان منیزیم در ریشه نداشت. تیمار  5 و 20 میکرومولار متیل­جاسمونات به تنهایی، باعث افزایش معنی­دار محتوای منیزیم ریشه نسبت به شاهد گردید. در تیمار 100 و 200 میکرومولار مس، غلظت 5 و 10 میکرومولار متیل­جاسمونات تأثیر معنی­داری بر میزان منیزیم ریشه نداشت در حالی که، تیمار 20 میکرومولار متیل­جاسمونات میزان منیزیم را به طور معنی­داری کاهش داد. (جدول2)

 

جدول1- اثر تیمار متیل­جاسمونات و مس بر میزان تجمع عناصر ضروری گیاه (مس، آهن، منیزیم و روی) در اندام هوایی گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p >   اختلافی ندارند.

متیل جاسمونات

(میکرومولار) 

سولفات مس

(میکرومولار) 

Cu

(میلی گرم بر گرم وزن خشک) 

Fe

(میلی گرم بر گرم وزن خشک) 

Mg

(میلی گرم بر گرم وزن خشک) 

Zn

(میلی گرم بر گرم وزن خشک) 

0

0

003/0c 

0190/0 e

351/55 cd

0105/0 b

0

50

1086/0 b 

0074/0 e 

565/60 bcd 

0251/0 b 

0

100

1866/0 ab 

1175/0bcde

855/42 de

0000/0 b

0

200

2002/0 a

0000/0e

437/34 e

0348/0 b

5

0

0000/0 c

0892/0 bcde

205/61bcd

6810/0 b

5

50

0027/0 c

0446/0 de

111/61 bcd

1280/0 a

5

100

1158/0 b

2010/0 abc

784/83a

1691/0 a

5

200

0747/0 bc

0912/0 bcde

783/61 bcd

1079/0 ab

10

0

0240/0c

1037/0bcde

482/59 bcd

0448/0 b

10

50

0277/0 c

1854/0 abc

069/59 bcd

1403/0 a

10

100

0624/0bc

1571/0 abcd

494/60 bcd

1231/0 a

10

200

1042/0 b

2584/0 a

422/68abc

0950/0 ab

20

0

0377/0 c

2130/0ab

485/56cd

0661/0 b

20

50

0353/0 c

1771/0 abc

682/60bcd

0373/0 b

20

100

0549/0 c

2818/0 a

333/77 ab

0254/0 b

20

200

0846/0 bc

1746/0 abc

343/66abc

0434/0 b

 

میزان تجمع روی در اندام هوایی و ریشه: تیمار مس و متیل­جاسمونات هر کدام به تنهایی، تاثیر معنی­داری برتجمع میزان روی در اندام هوایی در مقایسه با شاهد نداشتند. تیمارهای 5 و 10 میکرومولار متیل­جاسمونات در غلظت­های 50 و 100 میکرومولار مس، میزان روی را در اندام هوایی گیاه نسبت به گیاه شاهد افزایش داد(جدول1). تیمار مس به تنهایی، باعث کاهش معنی­دار میزان تجمع روی در ریشه گیاه در مقایسه با شاهد شد. تیمار متیل­جاسمونات به تنهایی در برخی از غلظت­ها، باعث کاهش معنی­دار میزان روی در ریشه شد. در تیمار توام مس و متیل­جاسمونات، غلظت 5 و 10 میکرومولار متیل­جاسمونات در غلظت­های 50، 100 و 200 میکرومولار مس، باعث افزایش معنی­دار میزان روی در اندام هوایی نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات گردید، که بیشترین میزان تجمع روی در ریشه در تیمار 10 میکرومولار متیل­جاسمونات و 100 میکرومولار مس مشاهده شد(جدول2).

 

جدول2- اثر تیمار متیل­جاسمونات و مس بر میزان تجمع عناصر ضروری گیاه (مس، آهن، منیزیم و روی) در ریشه گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p >   اختلافی ندارند.

متیل جاسمونات

(میکرومولار)

سولفات مس

(میکرومولار)

Cu

(میلی گرم بر گرم وزن خشک)

Fe

(میلی گرم بر گرم وزن خشک)

Mg

(میلی گرم بر گرم وزن خشک)

Zn

(میلی گرم بر گرم وزن خشک)

0

0

1045/0 cde

1795/0 cd

1170/65 bc

1470/0  ab

0

50

1774/0 abc

1991/0 bc

0320/58 bc

0247/0 fg

0

100

2237/0 ab

2014/0 abc

7180/54 c

0159/0 g

0

200

2402/0 a

2441/0 a

4980/65 bc

0350/0 efg

5

0

0000/0 g

1284/0 e

3200/82a

0582/0 cdefg

5

50

0983/0 def

2001/0 bc

7500/61 bc

1108/0 bc

5

100

1493/0 bcd

1617/0 cde

9990/75 bc

1097/0bc

5

200

1132/0cde

1914/0 bcd

6290/56 c

0987/0 bcd

10

0

0360/0 efg

1618/0 cde

9950/67 b

0959/0 bcd

10

50

0616/0 efg

1782/0 cd

3300/43 d

0832/0cde

10

100

0800/0 def

1013/0 e

 

7420/61bc

1832/0 a

10

200

0752/0 defg

1376/0 e

 

0890/56c

0974/0 bcd

20

0

0208/0 fg

1753/0 cde

 

5850/83 a

0810/0cde

20

50

0373/0 efg

1508/0de

 

5030/63 bc

0695/0 cdef

20

100

1931/0 ab

0735/0 f

 

9200/35 d

0652/0 cdefg

20

200

2186/0  a

0478/0f

 

8340/28 d

0477/0 defg

 


بحث

فلزات سنگین از طریق افزایش تجمع  ROSو در اثر تنش اکسیداتیو حاصل از آن، منجر به تخریب ساختار غشا می­شود. گونه­های فعال اکسیژن منجر به پراکسیداسیون لیپیدهای غشا و تغییر در نفوذ­پذیری غشا (نشت یونی) و خسارت به سلول می­گردند. لذا غشاهای زیستی آسیب دیده و قابلیت نفوذپذیری آنها مختل می­شود. همین امر باعث نشت الکترولیتها به خارج سلول می­شود. در این پژوهش غلظت­های 5 و 10میکرومولار متیل­جاسمونات باعث کاهش نشت یونی در شرایط سمیت مس شده است، که نشان­دهنده اثر مطلوب این غلظت­ها بر کاهش تنش ناشی از سمیت مس می­باشد(نمودار1). به طور کلی نشت غشایی ایجاد شده توسط مس، به عنوان یک نتیجه از آسیب غشا سلول در Rumex dentatus گزارش شده است (20). در این پژوهش تیمار مس، میزان قند احیاکننده در گیاه را افزایش داد در حالی­که تیمارهای 5 و 10 میکرومولار توانست در غلظت 50 و 100 میکرومولار مس این میزان را نسبت به گیاهان تیمار شده با مس در فقدان متیل­جاسمونات، کاهش دهد. در مورد اثر تنش فلز سنگین گزارش شده است که در گیاهچه­هایacuminata  Musa، با افزایش غلظت مس، محتوای  قند در اندام هوایی گیاهان تحت تیمار افزایش یافته است که احتمال می­دهد تنش ناشی از مس را خنثی ­کند (13). محتوای قند گیاه ارتباط مستقیم با میزان فتوسنتز دارد. غلظت اضافی مس، باعث تغییر ارتباط مخزن- منبع می­شود که این مسئله منجر به تجمع قندها و کاهش فتوسنتز و در نهایت کاهش رشد می­گردد (32).

در زمینه بررسی اثرات متیل­جاسمونات بر محتوای قند، گزارش شده است که کاربرد متیل­جاسمونات در گیاه صنوبر اثری بر فتوسنتز و میزان قندهای محلول برگ نداشته است اما بر سرعت انتقال و کوتاه کردن زمان انتقال فرآورده­های فتوسنتزی به ساقه­ها و ریشه­ها موثر بوده است (5). مشاهده شده است که در برگ­های برنج تحت تیمار متیل­جاسمونات(Mµ 45)، 48 ساعت پس از شروع تیماردهی، محتوای قندهای ساکارز و گلوکز کاهش یافته است (9). این محققین اظهار کرده­اند که قندهای ساکارز و گلوکز به عنوان سوبستراهای تنفسی در برگ­های برنج به شمار می­روند. مشاهده شده است که، پیش­تیمار جاسمونات باعث افزایش سطح فرآورده­های فتوسنتزی در گیاه جو تحت تنش شوری گردیده است. این دانشمندان اظهار داشتند که تیمار جاسمونات باعث افزایش نسخه­برداری زیر ­واحد کوچک روبیسکو در گیاهان تیمار شده گردیده است. بنابراین به دلیل تعدیل در کاهش میزان فتوسنتز و فرآورده­های فتوسنتزی می­توان نقش جاسمونات­ها را در ایجاد مقاومت گیاه در برابر استرس موثر دانست (35). یکی از راه­های مقابله با تنش­های محیطی نظیر شوری و خشکی سنتز ترکیبات سازگاز و محافظ اسمزی می­باشد که پرولین از جمله این ترکیبات به شمار می­رود. پرولین در حفظ تعادل آب، حفظ ثبات پروتئین­ها، حفظ ساختار سه بعدی پروتئین­ها و آنزیم­ها، تثبیت غشاها و دستگاه سنتز پروتئین، ذخیره کربن و نیتروژن برای رشد بعد از رفع تنش، کاهش خطرات حاصل از تولید ROS، جاروب کردن رادیکال­های هیدروکسیل، خاموش کردن اکسیژن یکتائی و تنظیم pH سلولی نقش دارد (33). گیاهان برنج ترانسژنی که مقدار پرولین بیشتری را تجمع می­دادند در شرایط تنش دارای رشد بهتری بودند (31). نتایج حاصل از سنجش پرولین در گیاه شاهی نشان داد که تیمار مس باعث افزایش مقدار پرولین شد. تیمار متیل­جاسمونات به تنهایی تاثیر معنی­داری بر مقدار پرولین در برگ گیاه شاهی نداشت (نمودار3). در بررسی اثر مس بر میزان پرولین در برگ و ریشه دو رقم از گیاه کلزا مشاهده شد که میزان پرولین در ریشه و برگ افزایش یافت که این افزایش در ریشه چشمگیرتر از ساقه بود. تجمع پرولین در گیاه تحت تنش مس می­تواند به عنوان یک شاخص زیستی برای نقش فلز سنگین باشد (2). همچنین گزارش شده که تیمار متیل­جاسمونات باعث افزایش محتوای پرولین در گیاه جو نشده است (6). نتایج به دست آمده در این بررسی نشان می­دهد که متیل­جاسمونات می­توانند از طریق تاثیر بر محتوای پرولین به طور موثری باعث افزایش مقاومت گیاه شاهی در برابر سمیت مس و کاهش اثرات تنش ناشی از سمیت شود. در پژوهش حاضر، با افزایش غلظت مس در محلول غذایی میزان تجمع مس در اندام هوایی و ریشه افزایش یافت. در غلظت زیاد مس مشاهده شده که محتوای مس ریشه گیاهان لوبیا(Phaseolus vulgaris) و بسیاری از گیاهان دیگر افزایش پیدا می­کند. بیشتر فلزات سنگین می­توانند از ریشه به ساقه حرکت کنند. بعضی از گیاهان مقاوم به مس به وسیله نگهداری Cu در ریشه از رسیدن Cu به ساقه و برگ­ها جلوگیری می­کنند. محدودیت انتقال مس به ساقه و برگ­ها به عنوان یک مکانیسم مقاومت به مس در گیاهان مطرح می­باشد (39). از عوامل تأثیر­گذار در تجمع فلز در بخش­های مختلف گیاه انتقال یون­های فلزی به اندام هوایی درون آوند چوب، توسط انتقال توده­ای آب، در اثر تبخیر می­باشد (37). در شرایطی که مقدار فلز زیاد باشد تعرق می­تواند در جابجایی یون­های فلزی نقش بیشتری اعمال کند (26). بنابراین میزان تعرق، وضعیت آبی گیاه، ترکیب، pH و پتانسیل احیائی شیره خام می­تواند مقدار و تحرک یون­های مس را در آوند چوب و در نتیجه میزان تجمع آن را در بخش­های مختلف گیاه، تحت تأثیر قرار دهد (19). البته این احتمال نیز وجود دارد که گیاه شاهی با ممانعت سلولی فلز مس در فضای آپوپلاست ریشه از ورود بیشتر این فلز به درون سیتوزول جلوگیری کرده و در نتیجه انتقال آن را به اندام هوایی کاهش داده است. به همین دلیل یک جزء گسترده فلزات در ریشه گیاهان در فضای آزاد آپوپلاستی یافت می­شود. بارگیری فلزات در برگ­های پیر و ریزش برگ­های پیر در بسیاری از گونه­های تحت تنش فلز دیده شده است (26). احتمالاً مقدار بیشتری از فلز مس در برگ­های پایین­تر گیاه شاهی، بخصوص برگ لپه­ای تجمع پیدا کرده و به برگ­های بالاتر منتقل نشده است که می­تواند یکی از دلایل کاهش فلز مس در برگ­های بالایی گیاه باشد. مس تمایلی به تجمع در اندام هوائی ندارد و احتمالاً به دلیل وجود مکانیسم­های مقاومت به مس در ریشه، غلظت مس در بافت ریشه بصورت خطی با افزایش غلظت آن در محلول غذائی افزایش یافته است (27). مس موجود در ریشه­ها یا کورتکس بیشتر به صورت متصل به دیواره سلولی است (9). با توجه به گزارش ارائه شده مبنی بر اثر جاسمونیک­اسید در افزایش نسخه برداری ژن­های کدکننده گلوتاتیون احیا شده در گیاه آرابیدوپسیس (38) و از طرفی نقش GSH در مسیر بیوسنتز فیتوکلاتین­ها در سلول­های ریشه، تا حدودی میزان سمیت کادمیوم در سلول کاهش یافته و از انتقال آن به برگ جلوگیری گردیده است (10). در تحقیق انجام شده روی کاربرد متیل­جاسمونات در گیاه سویا تحت تنش کادمیوم مطرح شدکه احتمالا متیل­جاسمونات به همین طریق باعث افزایش تجمع کادمیوم در ریشه و کاهش انتقال آن به برگ گردیده باشد (3). در این پژوهش با کاربرد متیل­جاسمونات مشاهده شده که محتوای مس در اندام هوایی و ریشه به ویژه در غلظت 20 میکرومولار کاهش می­یابد که ممکن است متیل­جاسمونات از همین طریق در کاهش محتوای مس در ریشه گیاه شاهی شرکت کند. علائمی مانند کلروز برگی در گیاه پونه کوهی رشد یافته در خاکهایی با غلظت­های بالای مس مشاهده شده است که این علائم به دلیل کمبود منیزیم یا آهن نیست. مشاهده شده است که همراه با افزایش غلظت مس در خاک، محتوای مس در برگ این گیاه افزایش می­یابد و در میزان منیزیم یا آهن برگ کاهشی مشاهده نمی­شود (22). نتایج بدست آمده از پژوهش حاضر نشان داد که در حضور مقادیر زیاد مس در محلول غذایی، محتوای آهن در ریشه زیاد و در اندام هوایی کم می­گردد که این نشان می­دهد، احتمالا مس موجب کاهش انتقال آهن از ریشه به اندام هوایی گیاه شاهی شده است. براین اساس، گزارشات زیادی از گیاهانی که تحت سمیت مس رشد کردند وجود دارد که اثر آنتاگونیست مس و آهن  را نشان می­دهند. برای مثال، در برنج غلظت آهن به طور معنی­داری در اندام هوایی گیاهانی که تحت شرایط سمیت مس بودند کاهش یافته است (14). با این حال اثر سینرژستیک مس و آهن در گیاه گندم مطرح شده، به طوری که با افزایش غلظت مس در محلول غذایی، میزان آهن در گیاه افزایش یافت (17). در پژوهش انجام شده، بررسی نتایج نشان داد که کاربرد متیل­جاسمونات موجب کاهش میزان آهن در ریشه و افزایش آن در اندام هوایی می­گردد، که این نشان می­دهد احتمالا متیل­جاسمونات موجب افزایش انتقال آهن از ریشه به اندام هوایی می­شود و از این طریق می­تواند آهن مورد نیاز برای سنتز کلروفیل را فراهم کند. مس می­تواند جذب منیزیم که یک ماده معدنی اساسی برای متابولیسم فتوسنتز و بارگیری آوند آبکش است را مهار کند. تنش مس محتوای منیزیم را در برگ خیار کاهش داده است، با توجه به اینکه منیزیم نقش کلیدی در تشکیل ریبولوز 1 و5 بیس فسفات کربوکسیلاز در استرومای کلروپلاست دارد (23)، این می­تواند کاهش نرخ ثتبیت کربن و فتوسنتز را توجیه کند (4). در این پژوهش، در شرایط تنش مس محتوای منیزیم در اندام هوایی گیاه کاهش یافت در حالی که محتوای منیزیم ریشه نسبت به شاهد تغییری نکرد. در این شرایط میزان روی در ریشه گیاه کاهش یافت و در اندام هوایی تغییری نکرد. تیمار متیل­جاسمونات تحت تنش مس در برخی از غلظت­ها باعث افزایش مقدار یون­ها از جمله منیزیم و روی در اندام هوایی گردید. از آن جایی که در این پژوهش در شرایط تنش مس، کاهش میزان قند و رنگیزه­های فتوسنتزی مشاهده گردید و رشد اندام هوایی کاهش یافت، احتمالا کاهش اسکلت کربنی منجر به کاهش قدرت جذب یونها توسط ریشه شده است و تیمار متیل­جاسمونات با سنتز فیتوکلاتین میزان فلز مس را در گیاه کاهش می­دهد که باعث تخفیف تنش شده و رشد و تغذیه گیاه را تحت تاثیر قرار می­دهد، رقابت بین جذب مس و سایر عناصر مانند منیزیم و روی از بین می­رود و در نتیجه باعث افزایش میزان منیزیم  و روی در گیاه می­شود.

نتیجه­گیری کلی: در این پژوهش سطوح سمیت مس، جذب و میزان عناصر مس، آهن، روی و منیزیم در اندام هوایی و ریشه گیاه شاهی را تغییر داد و باعث بر هم خوردن تعادل غذایی در گیاه شد. در حالی که تیمار متیل­جاسمونات با تاثیر بر میزان این عناصر در اندام هوایی و ریشه گیاه شاهی تا حدودی توانست باعث بهبود تغذیه و رشد گیاه شود و بنابراین تنش ناشی از مس را تخفیف دهد.

1 - رئیسی، م ع.، اسرار، ز. و پورسیدی، ش. (1388). بررسی اثر متقابل  (SNP)و مس بر برخی از پارامترهای رشد و فیزیولوژی گیاه شاهی .(Lepidium sativum L.) پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایران.

2 - روشنی، م. و لاری یزدی، ح. (1389) اثرات برهم کنش مس، آسکوربات و جیبرلین بر پرولین و فعالیت آنزیمهای پراکسیداز و کاتالاز در دو رقم گیاه کلزا. همایش ملی ایده های نو در کشاورزی.

3 - کرامت، ب.، منوچهری کلانتری، خ. و آروین، م ج. (1388) بررسی اثر متیل­جاسمونات بر تنش ناشی از کادمیوم در گیاه سویا (Glycine max L.). پایان نامه دکتری. دانشگاه شهید باهنر، کرمان ، ایران.

 

4- Alaoui-Sosse B, Genet P, Vinit-Dunand F, Toussaint ML, Epron D, Badot PM (2004) Effect of copper on growth in cucumber plants (Cucumis sativus) and its relationships with carbohydrate accumulation and changes in ion contents. Plant Science 166: 1213-1218.

5- Babst BA, Ferrieri RA, Gray DW, Lerdau M, Schyler DJ, Schueller M, Thorpe MR, Orians CM (2005) Jasmonic acid induces rapid changes in carbon transport and partitioning in Populus. New Phytol 167: 63-72.

6- Bandurska, H,  Stroiński A, Kubiś J )2003(The effect of jasmonic acid on the accumulation of  ABA, proline and spermidine and its influence on membrane injury under water deficit in two barley genotypes. Journal of Plant physiolgy 201:406-409.

7- Bates, L.S., Waldern, R. P. and Tare, I.D. (1973) Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil 29: 205-207.

8- Ben Hamed, K., Castagna, A., Salem, E., Ranieri, A. and Abdelly, C. (2007) Sea fennel (Crithmum maritimum L.) under salinity conditions: a comparison of leaf and root antioxidant responses. Journal of Plant Growth Regulation 53: 185-194.

9- Chein, H.F., Wang, J.W., Lin, C.C. and Kao, C.H. (2001) Cadmium toxicity of rice ­leaves is mediated through Lipid peroxidation. Journal of Plant Growth Regulation 33 :205-213.

10- Cobbett, C.S. (2000) Phytochelatins and their roles in heavy metal detoxification. Journal of Plant Physiology 123: 825-832.

11- Creelman,  R.A. and Mullet, J.E. (1997) Biosynthesis and action of jasmonates in plants. Annuall Review Plant Physiology. Plant Molecular Biology. 48: 355–381.

12- Cunningham, S. (1995) In Proceedings/Abstracts of the Fourteenth Annual Symposium, Current Topics in Plant Biochemistry, Physiology, and Molecular Biology Columbia; pp. 47-48.

13- Deo, B. and Nayak, P.K. (2011) Study of copper phytotoxicity on in vitro culture of Musa acuminata cv. ‘Bantala’. Journal of Agricultural Biotechnology and Sustainable Development Vol. 3(8), pp. 136-140.

14- Fageria, N.K. (2002) Influence of micronutrients on dry matter yield and interaction with other nutrients in annual crops. Brasília, 37:1765-1772.

15- Gaetke, L.M. and Chow, C.K. (2003) Copper toxicity, oxidative stress, and antioxidant nutrients Toxicology, pp. 147–163.

16- Ke, W., Xiong, Z., Chen, S. and Chen, J. (2007) Effect of copper and mineral nutrition on growth, copper accumulation and mineral element uptake in two Rumex japonicus populations from a copper mine and an uncontaminated filed sites. Environ Experimental Botany, pp. 59–67.

17- Lanaras, T., Moustakas, M., Symeonidis, L., Diamatoglou, S. and Karataglis, S. (1993) Plant metal  content, growth responses and some photosynthetic measurements on field cultivated wheat growing on ore bodies enriched in Cu. Physiologia Plantarum 88: 307-314.

18- Li L, Staden J.V, Jager A.K. (1998) Effect of plant growth regulators on the antioxidant system in seedlings of two maize cultivars subjectd to water stress. Journal of Plant Growth Regulation 25: 81-87.

19- Liao, M.T., Hedley, M.J., Woolley, D.J., Brooks, R.R. and Nichols, M.A. (2000) Copper uptake and translocation in chicory (Cichorium intybus L. cv Grasslands Puna) and tomato (Lycopersicon esculentum Mill. cv Rondy) plants grown in NFT system. II. The role of nicotianamine and histidine in xylem sap copper transport. Plant and Soil. 223: 243-252.

20- Liu, J. and Xiong, Z.T. (2004) Differences in accumulation and physiological response to copper stress in three populations of Elsholtzia haichowensis. Water Air Soil Pollution. 168: 5-16.

21- Marschner, H. (1995) Mineral Nutrition of Higher Plants, Academic Press, London. pp. 344–346.

22- Panou-Filotheou, H., Bosabalidis, A.M. and Karataglis, S. (2001) Effects of Copper Toxicity on Leaves of Oregano (Origanum vulgare subsp. hirtum). Annals of Botany 88: 207-214.

23- Pierce, J. (1983) Determinants of substrate specificity and the role of metal in the   reaction of ribulosebisphosphate carboxylase/oxygenase, Plant Physiology. 81: 934–945.

24- Raskin, I., Kumar, P.B.A.N., Dushenkov, S. and Salt, D. (1994) Bioconcentration of heavy metals by plants. Current Opinion Biotechnology 5: 285-290.

25- Reddy, K.J., Wang, L. and Gloss, S.P. (1995) Solubility and mobility of copper, zinc and lead in acidic environments. Plant and Soil. 171:53-58.

26- Reichman, S.M. (2002) The Responses of Plants to Metal Toxicity: A review focusing on Copper, Manganese and Zinc. The Australian Minerals and Energy Environment Foundation. 13: 1-54.

27- Sheldon, A. and Menzies, N.W. (2004) The effect of copper toxicity on the growth and morphology of Rhodes grass (Chloris gayana) in solution culture. Super Soil. 8: 1-8.

28- Singh, S.P. and Ghosh, M. (2005) On review of phytoremediation heavy metals and utilization of its by products and Biomass. Envirimental Studies Faculty of Engineering Sciences.102-114.

29- Somogy, M. (1952) Notes on sugar determination. Journal Biology Chemistry, 195: 19-29.

30- Sossé, B.A., Genet, P., Dunand, F.V., Toussaint, M.L., Epron, D. and Badot, P.M. (2004) Effect of copper on growth in cucumber plants (Cucumis sativus) and its relationships with carbohydrate accumulation and changes in ion contents. Plant Science. 166: 1213–1218.

31- Su, J. and Wu, R. (2004) Stress-induced synthesis of Proline in transgenic rice­ confer faster growth under stress conditions that than with constitutive synthesis. Plant Science 166: 941-947.

32- Vassilev, A., Lidon, F., Ramalho, J.C., Doceumatos, M. and Graca, M. (2003) Effects of­ excess Cu on growth and photosynthesis of Barley Plants. Implication with a screening test for Cu tolerance. Journal Central European Agriculture. 4: 225-236.

33- Verbruggen, N. and Hermans, C. (2008) Proline-accumulation in plants: a review. ­Amino acids 35(4): 753-759.

34- Vick, B.A and Zimmermann, D.C. (1984) Biosynthesis of jasmonic acid by several plant species. Plant Physiology 75: 458–461.

35- Walia, H., Wilson, C., Condamine, P., Liu, X., Ismoil, A.M. and Close, T.J. (2007) Large–scale expression profiling and physiological characterization of jasmonic acid– mediated adaptation of barley to salinity stress. Plant Cell and Environment 30: 410-421.

36- Wang H.L, Lee P.D, Liu L.F, Su J.C (1999) Effect of sorbitol induced osmotic­ stress on the changes of carbohydrate and free amino acid pools in sweet potato cell suspension cultures. Botanical Bulletin of Academia Sinca 40: 219-225.

37- Welch, R.M. (1995) Micronutrient nutrition of plants. Critical Reviews in Plant Science. 14: 49-82.

38- Xiang, C. and Oliver, D. (1998) Glutathione metabolic genes coordinately respond to­ heavy metals and jasmonic acid in Arabidopsis. Plant Cell 10: 1539-1550.

39- Yurekli, F. and Porgali, Z.B. (2006) The effects of excessive exposuore to copper in­ Been plants. Acta Biologica Series Botanica.  2: 7–13.