نوع مقاله : مقاله پژوهشی
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله English
نویسندگان English
Abstract
Abiotic stresses severely impose growth and yield in many plant species. In this experiment the leaf stomata and some metabolites response to cold, heat, drought, salinity and ultraviolet stresses have investigated in a completely randomized design in the growth chamber and greenhouse condition. Research results indicate a different response of Chinese rose to different stresses condition wherein the level and duration of stress has clearly changed compared to the control. Decreased leaf chlorophyll content and increased carotenoids are evident in almost all the stresses condition. Leaf stomata density has increased at all stresses condition except UV stress, while stomata aperture response varied according to stress intensity and exposure time. The activity of enzymes effective in scavenging ROS increased with stress intensity in almost all stresses, but due to the type of stress, the activity of the enzyme was specialized, so that in some stresses catalase and in others peroxidase were more active, suggesting the specific activity of antioxidant enzymes in dealing with a specific type of abiotic stress. Overall, understanding the connection between leaf stomata and key biochemical to some extent can lead to a better understanding of the mechanism of resistance to abiotic stress in roses.
Key words: Salt stress, Cold stress, Drought stress, Heat Stress, UV stress
کلیدواژهها English
پاسخ های بیوشیمیایی و روزنهای به تنشهای مختلف غیر زیستی در گل رز چینی
(Rosa chinensis “Old Blush”)
مصطفی خوشحال سرمست*، شهرزاد وضیعی، مینا خرمی مقدم و عظیم قاسم نژاد
ایران، گرگان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، دانشکده تولید گیاهی، گروه علوم باغبانی و فضای سبز
تاریخ دریافت:06/04/1401 تاریخ پذیرش: 15/08/1401
چکیده
تنشهای غیرزیستی به شدت رشد و عملکرد بسیاری از گونههای گیاهی را متاثر میکنند. در این پژوهش نقش سطوح مختلف تنشهای سرما، گرما، خشکی، شوری و پرتوی فرابنفش بر برخی پارامترهای بیوشیمایی برگ و پاسخ روزنههای گل رز چینی در اتاقک رشد و گلخانه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج پژوهش بیانگر پاسخ متفاوت گل رز چینی نسبت به تنشهای مختلف است که میزان پاسخ، بسته به سطح تنش و مدت زمان اعمال تنش بهطور آشکاری در مقایسه با شاهد دچار تغییر شده است. کاهش میزان کلروفیل برگ و افزایش کاروتنوئید بهطور تقریبی در تمام تنشها مشهود است. تراکم روزنههای برگ در تمام تنشها به استثناء تنش اشعه فرابنفش افزایش یافت در حالی که پاسخ دهانه روزنه با توجه به شدت تنش و زمان مواجهه با انواع تنش متفاوت بود. فعالیت آنزیمهای موثر در رفع رادیکالهای آزاد سلول به تقریب در تمام تنشها، با شدت تنش افزایش یافت اما با توجه به نوع تنش، میزان فعالیت آنزیمها متفاوت بود به طوریکه در برخی تنشها، کاتالاز و در برخی دیگر، پراکسیداز دارای فعالیت بیشتری بود. این موضوع بیانگر اختصاصی عمل نمودن فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانی در مقابله با یک نوع تنش غیرزیستی خاص است. در مجموع درک پاسخهای بیوشیمیایی سلول برگ که تا حدی مرتبط به جذب دیاکسید کربن از طریق روزنههای گیاه میباشد، میتواند به درک بهتر مکانیسم مقاومت به تنش غیر زیستی در گل رز منجر شود.
واژههای کلیدی: شوری، سرما، خشکی، گرما، پرتوی فرابنفش
* نویسنده مسئول، تلفن: 09373562088 ، پست الکترونیکی: khoshhal.sarmast@gmail.com
مقدمه
رز یکی از مهمترین درختچههای زینتی از جنس Rosa و تیره Rosaceae است (15) که شامل200 گونه و بیش از 18000 رقم میباشد (11). به تازگی توالی ژنومی با کیفیت در رز به کمک لاینهای رز هاپلوئید مشتق شده از گل رز چینی (Rosa chinensis) واریته Old Blush که در قرن 18 از چین به اروپا و آمریکای شمالی منتقل شده بود منتشر شده است. با این پیشرفت و به کمک روشهای ژنومیک، تنظیم کنندههای صفات مهم گیاهان زینتی شامل گلدهی دائم ، نمو گل، خودناسازگاری و تراکم خار و بسیاری از ژنهای عامل مقاومت به تنشهای زیستی و غیر زیستی قابل شناسایی میشود (16).
اهمیت بررسی تنشهای محیطی و نقش آنها در پیشبینی و ارزیابی رشد و نمو گیاهان بسیار آشکار است. بهطورکلی میتوان تنشها را به دو گروه زنده (بیولوژیکی) و غیر زنده (محیطی) تقسیم کرد. تنشهای زنده شامل تأثیر قارچها، باکتریها، ویروسها و حشرات بوده و تنشهای غیرزنده به تأثیرات سوء عواملی همچون خشکی، شوری، پرتوی فرا بنفش، دما، باد، سرما و ... مربوط میشود که مجموع این دو دسته تنش میتواند تأثیر منفی قابل توجهی بر رشد و نمو و عملکرد نهایی محصولات داشته باشد (12). بنابراین درک چگونگی پاسخ گیاهان به تنشهای مختلف زیستی و غیر زیستی و شناخت چگونگی پاسخ متابولیتی سلول در یک تنش معین غیر زیستی میتواند در شناسایی و کشف ژنهای پاسخ دهنده و حتی کاندید و انتقال آنها به رزهای دورگه جدید به کمک مهندسی ژنتک موثر باشد.
بررسیها نشان میدهد که در شرایط تنش، گیاه با بستن روزنهها، اتلاف آب از طریق روزنهها را کاهش میدهد. مشخص شده است که اعمال تنش کوتاهمدت بر روی گیاهان نونهال امکان مطالعه تغییرات فیزیولوژیک و مورفولوژیک گیاه مانند تراکم و اندازه روزنهها و شاخصهای فتوسنتزی را فراهم میکند (34).
تحمل به سرما عبارت است از توانایی گیاه به تحمل دماهای پایین (15-0 درجه سانتیگراد) بهطوریکه صدمه و خسارتی به بافت گیاه وارد نشود (30) این فرایند با تغییرات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی همراه است که در نهایت تغییرات چشمگیری را در بیان ژن، وضعیت لیپیدهای غشایی و تجمع مولکولهای کوچک بهدنبال خواهد داشت (30). سازگاری به سرما باعث افزایش تحمل گیاه به تغییرات فیزیولوژیکی و فیزیکوشیمیایی در زمان مواجهه با دماهای یخزدگی خواهد شد. از نقطه نظر هورمونی دو مکانیسم عمده برای پاسخ به تنش در گیاهان در نظر گرفته شده است که عبارتند از مسیر وابسته به اسید آبسزیک و مسیر غیروابسته به اسید آبسزیک. همچنین اسید آبسیزیک میتواند از طریق القاء ژنهای مقاومت به دهیدراسیون باعث مقاومت به تنش یخزدگی گردد (10).
کمبود آب با تاثیر بر آماس سلولی و در نتیجه باز و بسته شدن روزنهها، فرایند فتوسنتز، تنفس و تعرق را تحت تاثیر قرار داده و از طرف دیگر با تاثیر بر فرایندهای آنزیمی که به طور مستقیم با پتانسیل آب کنترل میشوند، بر رشد گیاه اثر منفی میگذارد. جلوگیری از رشد همراه با بستهشدن روزنهها عمدتاً پیچیده است و در طی مراحل اولیه خشکی محدودیت عمده در فتوسنتز ناشی از بستهشدن روزنهها میباشد (30). در نتیجه نقصان در فتوسنتز خالص در اثر تنشخشکی بیشتر به بسته بودن روزنه یا همان کاهش هدایت روزنهای مربوط است (4). تنش خشکی روی صفات مورفولوژی، فیزیولوژی و بیوشیمیایی گیاه در مراحل مختلف رشد موثر است (2). ثابت شده است که خشکسالی با اثر بر تولید انواع اکسیژنهای فعال (ROS) میتوانند بوسیله آسیبهای اکسیداتیو به چربیها، پروتئینها، اسیدهای نوکلئیک، آنزیمها و رنگیزههای فتوسنتزی، متابولیسمهای طبیعی را تخریب نمایند (28). برای خنثی نمودن اثرات سمی و مخرب ROS، سیستم دفاعی آنزیمی و غیر آنزیمی در گیاهان تکامل یافته است (22). تنش شوری به طورمستقیم بر فتوسنتز گیاه از طریق بسته شدن روزنهها تاثیر خواهد داشت (5). بسته شدن روزنهها اولین واکنش گیاه در مواجه با تنش است تنش شوری همچنین باعث تجمع ROS میشود که منجر به اثرات سمی ناشی از تنش اکسیداتیو در گیاهان میشود. منابع ROS، مانند رادیکال سوپراکسید (O-2)، پراکسید هیدروژن (H2O2)، و رادیکال هیدروکسیل (·OH)، توسط زنجیره های انتقال الکترون فتوسنتزی و تنفسی گیاهان، گزانتین اکسیداز و نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات اکسیداز تولید می شوند (13). بررسیهای پیشین نشان میدهد که در تنشهای سرما، گرما، خشکی، شوری و پرتوی فرابنفش ویژگی روزنه های برگ و به دنبال آن فتوسنتز و همچنین فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی به شدت تحت تاثیر قرار میگیرند(31) . با توجه به اینکه درک چگونگی پاسخ گل رز چینی به تنشهای مختلف غیر زیستی و شناخت چگونگی پاسخ متابولیتی سلول در یک تنش معین غیرزیستی در این گل میتواند در شناسایی و کشف ژنهای پاسخ دهنده و حتی کاندید و انتقال آنها به رزهای دورگه جدید به کمک مهندسی ژنتک موثر باشد، بنابراین هدف از این پژوهش بررسی پاسخ های روزنه سطح برگ، فتوسنتز و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی به سطوح و شدتهای مختلف تنشهای شوری، خشکی، گرما، سرما و تنش پرتوی فرابنفش در شرایط کنترل شده گلخانه یا اتاقک رشد بود.
مواد و روشها
مواد گیاهی و شرایط رشد: قلمههای رز چینی از دانشگاه نانجینگ چین (اهدایی پروفسور وانگ) به دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان آورده شد و در گلخانه به کمک قلمه نیمه خشبی به صورت تیمار فروبری سریع در محلول ایندول بوتریک اسید با غلظت 4000 میلیگرم در لیتر ریشهدار و طی مدت زمان 5 ماه مستقر شدند. هر 14 روز یک بار تمام گلدانها با کود مایع هوگلند به میزان 150 میلیلیتر برای هر گلدان برای رسیدن به رشد بهینه آبیاری شدند. تمامی تیمارها در آمیخته خاکی کوکوپیت و پرلایت به نسبت حجمی برابر انجام شد.
نحوه اعمال تنشهای غیر زیستی
تیمار خشکی: این تیمار در شرایط گلخانه و با سه تکرار انجام شد پس از رساندن رطوبت آمیخته گلدان (پیت و پرلایت) به 50% و 25% ظرفیت زراعی به کمک وزن نمودن گلدان، نمونه برداری در روز 0، 5 و 10 پس از شروع تنش انجام شد. گیاهان شاهد با آبیاری روزانه شاداب نگه داشته شدند. تنش اعمال شده کوتاه بوده و گیاهان هر 14 روز با کود هوگلند تغذیه شدند.
تیمار شوری: تیمار تنش شوری به وسیله NaCl در سه غلظت 50، 100 و 150 میلیمولار به همراه آب آبیاری پای گیاه اعمال شد. این تیمار از زمان شروع به مدت 15 روز و روزانه 150 میلی لیتر محلول دارای NaCl با غلظت مشخص را دریافت نمود. داده برداری بعد از 15 روز از شروع تنش انجام شد. گیاهان شاهد با آب دارای شوری زیر 1 میلیموس در زمانهای یاد شده آبیاری شدند.
تیمار تنش گرما: این تیمار در اتاقک رشد انجام شد و گیاهان به مدت 2، 6 و 12 ساعت در دمای 42 درجه سانتیگراد نگهداری شدند. نمونههای برگی پس از اعمال تیمار در زمانهای 2، 6 و 12 ساعت از گیاه جدا و بعد از فیکس شدن در ازت مایع، در فریزر 80- قرار داده شدند. گیاهان شاهد در دمای 25 درجه سانتیگراد نگهداری شدند.
تیمار سرما: این تیمار نیز در اتاقک رشد انجام شد. ابتدا گیاهان 4 هفته در دمای 25 درجه سانتیگراد سازگار شده و سپس گیاهان به مدت 3، 6 و 24 ساعت در دمای 4 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. داده برداری پس از اعمال تیمار در زمانهای 3، 6 و 24 ساعت از برگهای گیاه انجام شد.
تیمار پرتوی فرابنفش: این تیمار نیز در محیط گلخانه انجام گرفت در این تیمار گیاهان هر روز به مدت 10 و 30 دقیقه و به مدت 15 روز به صورت یک روز درمیان تحت تابش مستقیم پرتوی فرابفش B قرار گرفتند. لامپ 15 وات با طول موج 280-320 نانومتر به ارتفاع 60 سانتیمتری در بالای گیاهان نصب گردید. گیاهان شاهد نیز در شرایط دمای 25 درجه و شدت نور فلورسنت 30 میکرومول بر متر مربع در ثانیه قرار گرفتند.
در شرایط متفاوت تنش، پاسخ روزنهای و شکل ظاهری برگها، میزان تغییرات کلروفیل و کاروتنوئید برگ، فعالیت آنزیمهای آنتی اکسدانی مانند کاتالاز و پراکسیداز (26) مورد سنجش قرار گرفتند.
بررسی روزنه: جهت اندازهگیری طول و عرض روزنه از میکروسکوپ نوری OLYMPUS -BX50, توکیو، ژاپن) استفاده شد. بدین ترتیب که در زمانهای مورد مطالعه تنش (0، 5 روز و 10 روز پس از اعمال تنش) به وسیله فرچه تمیز زیر سطح برگ لاک زده شد و دو الی سه دقیقه صبر کرده تا کاملا خشک شود سپس برگ از محل دمبرگ جدا و روی آن چسب شفاف زده شد و به آرامی چسب را کنده و روی لام قرار داده و لامها را به آزمایشگاه منتقل نموده تا روزنهها را زیر میکروسکوپ با عدسی چشمی 40X (تراکم، طول روزنه، عرض روزنه و دهانه روزنه) مورد بررسی قرار داد. اندازه روزنه از حاصل ضرب طول در عرض روزنه به دست آمد (9). اندازه با استفاده از مقیاس روی میکروسکوپ اندازه گیری شد. حداقل میانگین سه نقطه در روی برگ به عنوان یک تکرار در نظر گرفته شد.
پارامترهای بیوشیمیایی
اندازهگیری کلروفیل و کارتنوئید: میزان کلروفیل و کارتنوئید با استفاده از روش Hiscox (15) و به کمک دیمتیلسولفواکساید (DMSO) اندازهگیری شد. جذب نوری برای سنجنش میزان کلروفیل در طول موجهای 663 و 645 نانومتر و سنجش کاروتنوئید در طول موج 480 نانومتر قرائت شد و با قرارگیری اعداد به دست آمده در فرمول (پائین صفحه) محتوای نسبی کلروفیل و کاروتنوئید محاسبه شد.
سنجش فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانی: برای استخراج عصاره آنزیمی 2/0 گرم برگ تازه به وسیله نیتروژن مایع در هاون کوبیده شد و یک میلیلیتر بافر فسفات 50 میلی مولار (8/7pH=) (که حاوی EDTA 2/0 مولار و پلی وینیل پلی پیرولیدون (PVPP) یک درصد بود، به آن اضافه شد و در 5000 دور در دقیقه به مدت 20 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد سانتریفیوژ شد. محلول شفاف رویی حاصل از سانتریفیوژ برداشته شد و برای اندازهگیری آنزیمهای کاتالاز (CAT)، پراکسیداز (POX) مورد استفاده قرار گرفت (17).
کاتالاز (CAT): برای اندازهگیری فعالیت این آنزیم 50 میکرولیتر از عصاره استخراج با یک میلی لیتر محلول اندازهگیری کاتالاز که شامل 50 میلیمولار بافر فسفات پتاسیم (7pH=) و 15 میلیمولار پراکسید هیدروژن آمیخته شد. پس از گذشت یک دقیقه جذب آن در طول موج 240 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد (22).
پراکسیداز (POX): برای اندازهگیری فعالیت این آنزیم 50 میکرولیتر از عصاره استخراج با یک میلی لیتر محلول اندازهگیری پراکسیداز که شامل 50 میلیمولار بافر فسفات پتاسیم (7pH=)، 13 میلیمولار گایاکول، 5 میلیمولار پراکسید هیدروژن آمیخته شد و به مدت یک دقیقه با فاصلههای 10 ثانیه در طول موج 470 نانومتر جذب آنها خوانده شد (17).
تجزیه و تحلیل آماری
این پژوهش در قالب طرح کامل تصادفی در اتاقک رشد یا گلخانه با حداقل 3 تکرار اجرا و دادههای حاصل به کمک نرمافزار SAS و مقایسه میانگین به کمک آزمون دانکن در سطح %5 یا 1% تجزیه و تحلیل تجزیه شد.
نتایج و بحث
جدول مقایسه میانگین نشان میدهد در اثر تنش سرما عرض، تراکم و دهانه روزنه نسبت به شاهد افزایش یافته است (جدول 1 و شکل 1) اما طول روزنه کاهش یافت. میزان کلروفیل a ، b و کلروفیل کل با افزایش ساعتهای تنش سرما کاهش معنی داری را نسبت به شاهد نشان داد.
Total Chlorophyll) mg/g FW=( 20.2 )A645( - 8.02 )A663 (× )V/100 W(
Chl a)mg/g FW=( 12.7 )A663 (- 2.69 )A645( × )V/100 W(
Carotenoid )mg/g FW=( 7.6 )A470 (- 1.49 )A510( × )V/100 W(
در این رابطه A: بیانگر طول موج ویژه، V: حجم محلول نهایی حلال مصرفی، W: وزن تر بافت است.Chla کلروفیل a، و Total Chlorophyll بیانگر کلروفیل کل میباشد.
سرما 24 ساعته بر کاهش میزان رنگدانهها اثر بیشتری داشت. بهطوریکه میزان کلروفیل کل در اثر تنش سرما 24 ساعت حدود 412/0میلیگرم درگرم وزن تر، مقدارکلروفیل a و کلروفیلb نیز به ترتیب 7914/0 و 1781/0 میلیگرم در گرم وزنتر نسبت به شاهد کاهش یافته است و میزان کارتنوئید در اثر تنش نسبت به شاهد افزایش یافته است (جدول 2). با کاهش دما، تا 5 برابر فعالیت آنزیم کاتالاز افزایش یافت در حالی که این شدت افزایش در خصوص پراکسیداز کمتر بود. این موضوع نقش کلیدیتر کاتالاز طی تنش سرما نشان میدهد.
مقایسه میانگین کلروفیلa ، کلروفیل کل و کارتنوئید نسبت به شاهد افزایش یافت و بیشترین اختلاف در میزان کلروفیلa در تنش گرمای 6 ساعت نسبت به شاهدثبت شد، بطوریکه سطح تنش 12 ساعت در میزان کلروفیل b ، کلروفیل کل و کارتنوئید بهترتیب 1928/0 ، 6589/0 و 3044/0میلی گرم در گرم وزن تر نسبت به شاهد افزایش قابل ملاحظه نشان داد (جدول 4).
جدول 1- مقایسه میانگین اثر تنش سرما بر خصوصیات روزنه اپیدرم زیرین برگ رز چینی
|
سرما (ساعت) |
طول روزنه (μm) |
عرض روزنه (μm) |
دهانه روزنه(μm) |
تراکم روزنه (mm2) |
|
0 |
040/25 a |
9567/12 c |
9200/4 a |
623/71 b |
|
3 |
8733/21 b |
7500/15a |
9967/4 a |
050/95 b |
|
6 |
00/22 b |
0833/15 b |
7900/5 a |
50/142 a |
|
24 |
9167/22 ab |
500/13 c |
1633/5 a |
827/126 a |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
جدول 2- مقایسه میانگین اثر تنش سرما بر خصوصیات بیوشیمیایی گل رز چینی
|
سرما (ساعت) |
کلروفیلa (mg.g.Fw) |
کلروفیلb (mg.g.Fw) |
کلروفیل کل (mg.g.Fw) |
کارتنوئید (mg.g.Fw) |
کاتالاز (μm.g.Fw) |
پراکسیداز (μm.g.Fw) |
|
0 |
9504/0 ab |
055/1 a |
0058/2 a |
5976/0 a |
0.915bc |
0.067c |
|
3 |
1889/1 a |
053/1 a |
2422/2 a |
7458/0 a |
1.32b |
0.89b |
|
6 |
1080/1 a |
9363/0 b |
044/2 a |
6758/0 a |
0.337c |
1.44a |
|
24 |
159/0 b |
8769/0 b |
5929/1 b |
6307/0 a |
5.94a |
0.064c |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
شکل 1- نمایی از روزنههای گل رز چینی تحت سطوح مختلف تنش سرما که توسط میکروسکوپ نوری با عدسی X40 تهیهشده است A: گیاهان شاهد (B) گیاهان تحت تنش 3 ساعت سرما (C)گیاهان تحت تنش 6 ساعت سرما (D) گیاهان تحت تنش 24 ساعت سرما
با افزایش میزان گرما تعداد روزنه در واحد سطح افزایش اما روزنه ها بسته تر ماندند (جدول 3). میزان فعالیت آنزیمی در تنش گرما از روند خاصی تبعیت نکرد که نشان از پاسخ متفاوت فعالیت آنزیمی در تنشهای مختلف دارد. به عنوان مثال فعالیت کاتالاز تا 6 ساعت پس از اعمال تنش گرمایی افزایش یافت اما به دو برابر شدن زمان تیمار گرما (12 ساعت گرمای مداوم) به شدت فعالیت این آنزیم افت نمود (جدول 4).
جدول 3- مقایسه میانگین اثر تنش گرما بر خصوصیات روزنه اپیدرم زیرین برگ رز چینی
|
ساعات تنش گرما |
طول روزنه(μm) |
عرض روزنه (μm) |
دهانه روزنه(μm) |
تراکم روزنه (mm2) |
|
شاهد |
040/25 ab |
9567/12 b |
9200/4 a |
623/71 b |
|
2 |
6200/24 b |
6433/13 a |
4133/4 ab |
373/82 ab |
|
6 |
1233/26 a |
6633/12 b |
7100/3 b |
233/81 ab |
|
12 |
7867/22 c |
2900/11 c |
4333/2 c |
733/89 a |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
جدول 4- مقایسه میانگین اثر تنش گرما بر خصوصیات بیوشیمیایی گل رز چینی
|
گرما (ساعت) |
کلروفیلa (mg.g.Fw) |
کلروفیلb (mg.g.Fw) |
کلروفیل کل (mg.g.Fw) |
کارتنوئید (mg.g.Fw) |
کاتالاز (μm.g.Fw) |
پراکسیداز (μm.g.Fw) |
|
0 |
9504/0 b |
055/1 b |
0058/2 c |
5976/0 b |
0.95b |
0.29ab |
|
2 |
3084/1 a |
0034/1 b |
3119/2 b |
8347/0 a |
1.53ab |
0.051b |
|
6 |
46703/1 a |
097/1 ab |
5646/2 ab |
8896/0 a |
1.88a |
0.47a |
|
12 |
4166/1 a |
2478/1 a |
6647/2 a |
902/0 a |
0.02c |
0.34ab |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
با وجود افزایش تعداد روزنه در واحد سطح در شدت بالای تنش اشعه فرابنفش اما اندازه دهانه روزنه و عرض روزنه در تنش اشعه فرابنفش نسبت به شاهد بزرگتر بود (جدول 5) که نشان از اثر معکوس اشعه فرابنفش بر اندازه روزنه دارد. در بالاترین میزان تنش اشعه فرابنفش، میزان کلروفیل به شکل معنیداری کاهش یافت اما بر میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی افزوده شد (جدول 6).
جدول 5- مقایسه میانگین اثر تنش اشعه فرابنفش بر خصوصیات روزنه اپیدرم زیرین برگ رز چینی
|
اشعه فرابنفش (دقیقه) |
طول روزنه(μm) |
عرض روزنه (μm) |
دهانه روزنه(μm) |
تراکم روزنه (mm2) |
|
0 |
0400/25 a |
9567/12 b |
9200/4 b |
623/71 b |
|
10 |
8333/24 ab |
5000/16 a |
1667/6 a |
043/93 a |
|
30 |
8333/23 b |
1667/16 a |
7 a |
790/95 a |
*حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
جدول 6- مقایسه میانگین اثر تنش اشعه فرابنفش بر خصوصیات بیوشیمیایی گل رز چینی
|
اشعه فرابنفش (دقیقه) |
کلروفیلa (mg.g.Fw) |
کلروفیلb (mg.g.Fw) |
کلروفیل کل (mg.g.Fw) |
کارتنوئید (mg.g.Fw) |
کاتالاز (μm.g.Fw) |
پراکسیداز (μm.g.Fw) |
|
0 |
9504/0 a |
055/1 a |
0058/2 a |
5976/0 a |
0.883b |
1.44a |
|
10 |
5681/0 b |
750/0 b |
3183/1 b |
3397/0 b |
0.462c |
0.415b |
|
30 |
6249/0 b |
6756/0 c |
3005/1 b |
3606/0 b |
1.85a |
1.45a |
*حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
نتایج بیانگر این است که دهانه روزنه با افزایش سطوح خشکی و زمان برداشت بستهتر شد به طوری که کمترین آن در تنش 25 درصد روز دهم برداشت ( 5833/0) نسبت به شاهد (92/4) اندازهگیری شد و در رابطه با تراکم روزنه کمترین تعداد روزنه در شاهد و بیشترین آن در روز پنجم تنش 50 درصد ظرفیت زراعی ثبت گردید (جدول 7). سطوح فعالیت آنزیمی به شدت در پایینترین سطح رطوبت خاک و همچنین در زمانهای مختلف افزایش نشان میدهد. هچنین میزان این پاسخ در دو آنزیم مشابه نمیباشد که نشان از مکانیسم متفاوت این آنزیمها در دفع رادیکالهای آزاد تولید شده طی تنش در اندامکهای مختلف و همچنین سیتوپلاسم دارد.
کلروفیل a، b و کلروفیل کل همچنین در اثر تنش نسبت به شاهد کاهش یافت. کمترین کلروفیل a به میزان 5765/0 میلیگرم بر گرم وزنتر در تنش 25 درصد روز دهم، کمترین کلروفیلb در تنش 50 درصد روز پنجم و کمترین کلروفیل کل در تیمارهای 50 درصد روز پنجم و 25 درصد روز دهم مشاهده شد. کارتنوئید در روز اول و پنجم برداشت با افزایش سطوح تنش به 25 درصد کاهش یافت اما در روز دهم برداشت با افزایش سطوح تنش به 25 درصد، کارتنوئید سیر صعودی داشت بهطوریکه در بین اثرات متقابل بیشترین میزان کارتنوئید در تنش 25 درصد روز دهم برداشت (6882/0) مشاهده شده است (جدول 8).
جدول 7- مقایسه میانگین اثر تنش خشکی بر خصوصیات روزنه اپیدرم زیرین برگ رز چینی
|
زمان برداشت |
سطوح خشکی |
طول روزنه(μm) |
عرض روزنه (μm) |
دهانه روزنه(μm) |
تراکم روزنه (mm2) |
|
1 |
100 |
040/25 a |
9567/12c |
92/4a |
62/71c |
|
|
50 |
33/23 ab |
13c |
833/3ab |
60/123a |
|
|
25 |
66/22 ab |
16/13c |
8333/1de |
91/122a |
|
5 |
100 |
040/25 a |
9567/12c |
92/4a |
62/71c |
|
|
50 |
33/22b |
33/14ab |
1667/3bc |
24/88bc |
|
|
25 |
83/19 c |
33/13bc |
1ef |
25/100abc |
|
10 |
100 |
040/25 a |
9567/12c |
92/4a |
62/71c |
|
|
50 |
500/22 ab |
5000/14a |
1667/2cd |
40/82bc |
|
|
25 |
667/23 ab |
66/13abc |
5833/0f |
31/102ab |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
جدول 8- مقایسه میانگین اثر تنش خشکی بر خصوصیات بیوشیمیایی گل رز چینی
|
زمان برداشت |
سطوح خشکی |
کلروفیلa (mg.g.Fw) |
کلروفیلb (mg.g.Fw) |
کلروفیل کل (mg.g.Fw) |
کارتنوئید (mg.g.Fw) |
کاتالاز (μm.g.Fw) |
پراکسیداز (μm.g.Fw) |
|
1 |
100 |
9504/0a |
055/1a |
0058/2a |
5976/0ab |
0.682c |
0.248c |
|
|
50 |
9197/0a |
8797/0 b |
7994/1ab |
3466/0d |
1.06bc |
0.507c |
|
|
25 |
9222/0a |
6538/0c |
5762/1bc |
3637/0d |
2.50a |
9.84a |
|
5 |
100 |
9504/0a |
055/1a |
0058/2a |
5976/0ab |
0.550c |
0.195c |
|
|
50 |
6019/0 b |
5879/0c |
1899/1d |
5482/0abc |
0.510c |
1.748b |
|
|
25 |
8946/0a |
67/0c |
5647/1bc |
5161/0bc |
1.28bc |
0.045c |
|
10 |
100 |
9504/0a |
055/1a |
0058/2a |
5976/0ab |
0.550c |
0.248c |
|
|
50 |
6826/0b |
6522/0c |
3349/1cd |
4111/0dc |
0.486c |
0.327c |
|
|
25 |
5765/0 b |
6134/0c |
1900/1d |
6882/0a |
1.763ab |
0.318c |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
با افزایش تنش شوری به 150 میلی مولار، تا 5/1 برابر بر تعداد روزنه ها افزوده شد (جدول 9). در حالی که محتوای کلروفیل و کارتنوئید برگ به شدت دچار نقصان گردید. نتایج فعالیت آنزیمی بیانگر این است که آنزیم پراکسیداز به مراتب کمتر از آنزیم کاتالاز تحت تاثیر شدت تنش شوری قرار میگیرد به شکلی که تا 3 برابر بر فعالیت آنزیم کاتالاز در کمترین سطح تنش شوری افزوده شد (50 میلی مولار) اما این افزایش در بالاترین سطح تنش شوری در مورد پراکسیداز معنی دار نبود (جدول 10).
جدول 9- مقایسه میانگین اثر تنش شوری بر خصوصیات روزنه اپیدرم زیرین برگ رز چینی
|
شوری(میلی مولار) |
طول روزنه(μm) |
عرض روزنه (μm) |
دهانه روزنه(μm) |
تراکم روزنه (mm2) |
|
0 |
0400/25a |
9567/12b |
92/4a |
628/71b |
|
50 |
6667/24a |
5/14a |
8233/4a |
843/118a |
|
100 |
1667/23ab |
13b |
5/3b |
957/112a |
|
150 |
3333/22b |
5/13ab |
3b |
3/118a |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
جدول 10- مقایسه میانگین اثر تنش شوری بر خصوصیات بیوشیمیایی گل رز چینی
|
تنش شوری (میلی مولار) |
کلروفیلa (mg.g.Fw) |
کلروفیلb (mg.g.Fw) |
کلروفیل کل (mg.g.Fw) |
کارتنوئید (mg.g.Fw) |
کاتالاز (μm.g.Fw) |
پراکسیداز (μm.g.Fw) |
|
0 |
9504/0a |
055/1a |
0058/2a |
5976/0a |
0.95b |
0.412ab |
|
50 |
8176/0a |
6278/0b |
4455/1b |
5077/0a |
3.05a |
0.416ab |
|
100 |
7795/0a |
5803/0b |
3599/1b |
4978/0a |
3.05a |
0.048b |
|
150 |
4425/0b |
5561/0b |
9988/0c |
2839/0b |
3.005a |
0.689a |
حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنی داری در سطح 5% با استفاده از آزمون دانکن ندارند
درک پاسخهای بیوشیمیایی که مرتبط به جذب دی اکسید کربن از طریق روزنههای گیاه میباشد در تنشهای زیستی گوناگون به طور جامع در گل رز چینی بررسی نشده است. درک این مهم در آینده میتواند به درک بهتر مکانیسم مقاومت در گل رز منجر شود که مهمترین گل بریدنی صادراتی به حساب میآید. نتایج بررسیهای انجام شده در این پژوهش بیانگر پاسخ متفاوت گل رز چینی نسبت به تنشهای مختلف است که میزان پاسخ بسته به سطح تنش و مدت زمان اعمال تنش به طور آشکاری نسبت به شاهد دچار تغییر شده است. گزارشهای پیشین نیز به پاسخهای گوناگون گیاهان در شرایط کنترل شده تنش اشاره دارد (2، 5، 8). Yin و همکاران (35) کاهش در میزان فتوسنتز را ناشی از کاهش هدایت روزنهها و نه کاهش در محتوای کلروفیل آنها دانستهاند. همچنین در تحقیق حاضر مشخص شد که تنش گرما نیز ویژگیهای روزنه را کاهش میدهد و تاثیری بر کاهش میزان رنگدانههای فتوسنتزی ندارد بلکه میزان آنها تحت تنش گرما بیشتر از شرایط معمول شده است و تنش سرما نیز بر محتوای رنگدانههای فتوسنتزی تاثیر چندانی نداشته است که با نتایج تحقیق بالا مطابقت دارد. کاهش میزان کلرفیل برگ با وجود باز بودن روزنه ها در تنش سرما و اشعه فرابنفش بیانگر این است که این تنشها میزان کلروفیل برگ و به احتمال فتوسنتز را از مسیر دیگری تحت تاثیر قرار میدهد. با این وجود در تنشهای شوری و خشکی هم میزان کلروفیل و هم اندازه دهانه روزنه کاهش یافت که نشان از همبستگی این دو صفت در تنش شوری و خشکی دارد. تنظیم همزمان بسته شدن روزنه به واسطه اسید آبسزیک تولید شده در تنش خشکی و شوری و تولید پروتئین CHLH که در فرایند ساخت کلروفیل نقش دارد، پیشتر آشکار شده است (27). این ارتباط از طریق انتقال پیام از کلروپلاست به هسته سلول صورت میگیرد که ارتباط میان کاهش کلروفیل و کاهش اندازه روزنه در دو تنش شوری و خشکی را توجیه میکند (27). برای گیاهانی که دچار تنش کمآبی میشوند مهمترین عامل توانایی بستهشدن روزنهها و درنتیجه جلوگیری از اتلاف اضافی آب است که باز و بسته شدن روزنهها با تورم و کوچک شدن سلولهای محافظ روزنه که حاصل تبادل یونی است صورت میگیرد (29). تورم سلولهای محافظ منجر به باز شدن روزنههامیشود زیرا محتوای یونها و اسمولیتها در آنها باعث بزرگتر شدن و دور شدن آنها از یکدیگر میشود. در مقابل بسته شدن روزنهها، کوچک شدن سلولهای محافظ روزنه و در نتیجه ورود جریان یونها رخ میدهد .بسته شدن روزنه اولین واکنش گیاه به کمبود آب است (24). از عوامل دیگر بستهشدن روزنهها آبسیزیک اسید (ABA) است که این هورمون در اثر تنش تحریکشده و میزان آن افزایش مییابد و بهنوبه خود موجب کنترل و بسته شدن روزنههامیشود (9). تعداد و تراکم روزنهها متأثر از ژنوتیپ و محیط است و در مقایسه با باز و بسته شدنشان تأثیر کمتری بر میزان کل تعرق میگذارند. تراکم کم روزنهها صفتی با تنوع ژنتیکی است. با گذشت زمان از شروع تنش و شدت بالای تنش بر تراکم روزنهها به طور معنیداری افزوده شده است (6). در پژوهشهای گذشته ثابت شده که روزنههای گیاهان سازگار با شرایط خشکی در مقایسه با گیاهانی که سازگار نیستند باز شدن خود را حفظ میکنند. از لحاظ تئوری انتظار میرود واریتههایی که تعداد بیشتری از روزنهها را در واحد سطح دارند همچنین روزنههایشان طول و عرض بزرگتری دارند، آب بیشتری را در طول هر دوره رشد از دست میدهند (23). در مطالعهی Yadav (33) که بر روی رقمهای مختلف بادام تحت تنش خشکی انجام گرفت، اندازه روزنهها در رقم بیوت بادام کمتر بود. دراین تحقیق در سطح تنش 25 درصد ظرفیت زراعی تراکم روزنه افزایش یافت به احتمال دلیل آن مقاومت در برابر تنش از طریق بستن دهانه روزنه و افزایش تعداد روزنه میباشد. امینی و حداد (1)، نقش رنگیزههای فتوسنتزی و آنزیمهای آنتیاکسیدان در مقابله با تنش اکسیداتیو را مورد بررسی قرار داده اند. نواب پور و همکاران (7) تغییرات آنزیم های آنتی اکسیدانی سویا را در مرحله گلدهی و طی تنش خشکی بررسی نموده اند.
اثر اشعه فرابنفش در تغییر هدایت روزنهای پیشتر اثبات شده است (36). نتایج گزارشات پیشین در خصوص اثر اشعه فرا بنفش تا حدی متضاد است. در حالی که بیشتر گزارشات اثر اشعه فرابنفش B در کاهش هدایت روزنهای را تایید میکنند (18) اما گزارشهایی از افزایش هدایت روزنهای برگ در اثر اشعه فرابنفش B تاکید دارند (21). نتایج ما نشان میدهد که تنش اشعه فرابنفش و تنش سرما دهانه روزنه را گشادتر و در نتیجه در افزایش هدایت روزنهای برگ موثر هستند هر چند که این اثر، به شدت تحت تاثیر شدت اشعه، مدت زمان و دفعات کاربرد اشعه فرا بنفش دارد. اثر افزایش دما در کاهش هدایت روزنه ای به خوبی مشخص شده است اما اطلاعات کافی در خصوص اثر دمای کم در تنظیم هدایت روزنهای برگ در دسترس نیست (14)
کاهش کلروفیل در اثر تابش پرتوی فرا بنفش بدلیل کاهش سنتز آن و یا کاهش فعالیت کلروفیلاز یا فتو اکسیداسیون غیر آنزیمی کلروفیل میباشد (20). کاهش میزان کلروفیل a ،کلروفیلb،کلروفیل کل و میزان کارتنوئید در اثر اعمال سطوح مختلف پرتوی فرا بنفش در گیاه چغندر قند نیز گزارش شده است (3). عمدتا کاهش کلروفیل در اثر تنش خشکی به دلیل آسیب دیدن کلروپلاستها بوسیله رادیکال های آزاد و جلوگیری از سنتز رنگیزهها و آسیب به کلروپلاستها میباشد. سیروس مهر و همکاران (4) گزارش نمودند که فعالیت کاتالاز در طی تنش خشکی افزایش ولی در شرایط تنش شوری در گلرنگ کاهش مییابد. تغییرات شدید آنزیم های آنتی اکسیدانی در طی تنش اکسیداتیو در چمن ها نیز گزارش شده است (22).
Tripathi(32) نشان داد که مقدار کلروفیل b در اثر اعمال تنش پرتوی فرا بنفش نسبت به کلروفیل a کمتر کاهش یافته است. کلروفیل b در تبدیل انرژی نوری به انرژی شیمیایی نقش کمکی با کلروفیل a دارد. بنابرین درتنشهای محیطی به ویژه آبیاری کم مقدار آن نسبت به کلروفیل a کمتر کاهش مییابد. طبق بعضی مطالعات تنش خشکی باعث کاهش رنگیزههای فتوسنتزی در گیاهان میشود (19). نتایج بررسیها نشان میدهد که کاهش کاروتنوئیدها تحت تنشهای محیطی میتواند به علت تبدیل شدن آن به آبسزیک اسید باشد که به طور عمده تحت تنشهای محیطی مقدار آن افزایش مییابد که با نتایج تنش شوری، خشکی و اشعه فرابنفش این آزمایش مطابقت دارد. همچنین کارتنوئیدها قادرند تا طول موجهای کوتاه نوری را نیز دریافت کنند (25). کاهش میزان کلروفیلها وکارتنوئیدها در اثر اعمال تابش اشعه فرابنفش و تنش خشکی در بسیاری از گیاهان گزارش شده است که با نتایج این تحقیق مطابقت دارد (25).
نتیجه گیری کلی
فعالیت بیوشیمیای در سلولهای برگ گل رز چینی در تنشهای مختلف پاسخ متفاوتی از خود نشان میدهد. به تقریب تمامی تنشهای اعمال شده به جزء پرتوی فرابنفش سطح فعالیت آنزیمی را در برگها افزایش دادند. میزان کلرفیل کل در شدت بالای تنش، تخریب و بر تعداد روزنههای سطح برگ افزوده میگردد. نظر به ثابت بودن روند افزایش تعداد روزنه و کاهش کلروفیل با شدت تنش، اما اندازه دهانه روزنه و شدت فعالیت آنزیمی با توجه به نوع تنش غیرزیستی اعمال شده متفاوت و تا حدی اختصاصی بود. اختصاصی عمل نمودن آنزیم های آنتیاکسیدانی در مواجهه با یک تنش خاص میتواند برای به نژادی گونههای گل رز در مواجهه با یک تنش غیرزیستی ثابت، مد نظر قرار گیرد.
سپاسگزاری
بدین وسیله نویسندگان از دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان جهت فراهم کردن امکانات و حمایت مالی تشکر و قدردانی میکنند. همچنین از پروفسور Wang از دانشگاه نانجینگ (چین) برای ارسال نمونه های گیاهی لازم برای انجام این پژوهش تشکر میکنیم.
مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)