بررسی امکان مقاومت به بیماری پوسیدگی فوزاریومی در رقم پیاز قرمز آذرشهر با کاربرد ملاتونین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
بیتا خوانساری نژاد 1
فرشاد دشتی 2
دوستمراد ظفری 1
اصغر میرزائی اصل 3
1 دانشگاه بوعلی سینا همدان
2 دانشگاه بوعلی سینا
3 عضو هیئت علمی دانشگاه بوعلی سینا / دانشکده کشاورزی / گروه بیوتکنولوژی
10.22034/jpr.2024.2276
چکیده
به منظور بررسی اثر ملاتونین بر القاء مقاومت به بیماری پوسیدگی فوزاریومی ایجاد شده با قارچ Fusarium oxyspurum f.sp. cepae در گیاه پیاز رقم قرمزآذرشهر آزمایشی با غلظت‌های صفر (شاهد)، 50، 100 و 300 میکرومولار ملاتونین صورت گرفت. در این پژوهش تغییرات بیوشیمیایی و آنزیمی بعد از تیمار غلظت‌های مختلف ملاتونین و بیماری پوسیدگی فوزاریومی در طی زمان‌های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور خصوصیاتی مانند فنل کل، پراکسید هیدروژن، مالون دی آلدئید، آنزیم‌های آنتی اکسیدانی (کاتالاز، گایاکول پراکسیداز) و آنزیم‌های وابسته به بیماری (کیتیناز، فنیل آلانین آمونیالیاز و بتا 1- 4 گلوکوناز) بررسی شدند. نتایج نشان داد کاربرد ملاتونین خارجی در گیاهان تحت تیمار فوزاریوم با افزایش میزان فنل کل ، فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و همچنین آنزیم‌های وابسته بیماری همراه بود که در نتیجه آن، میزان میزان مالون‌دی‌آلدئید کاهش یافت و پراکسید هیدروژن در گیاهان تحت تیمار فوزاریوم تعدیل شد. اگرچه تمام غلظت‌های مورد استفاده ملاتونین باعث تغییر برخی از خصوصیات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی در گیاهان پیاز تحت تنش بیماری پوسیدگی فوزاریومی شدند، اما در مجموع بهترین نتیجه در غلظت 100 میکرومولار ملاتونین برای القاء مقاومت به گیاهان پیاز تحت تنش بیماری پوسیدگی فوزاریومی در روزهای دوازدهم و شانزدهم دیده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the possibility of resistance to Fusarium Basal Rot in Azarshahr red onion cultivar using Melatonin

نویسندگان English

Bita Khansarinejad 1
Farshad Dashti 2
Doustmorad Zafari 1
Asghar Mirzaie-Asl 3
1 Bu-Ali Sina University
2 Bu-Ali Sina University
3 Assistant Professor Department of Agricultural Biotechnology Faculty of Agriculture Bu-Ali Sina University Hamedan, Iran
چکیده English

Investigating the possibility of resistance to Fusarium Basal Rot in Azarshahr red onion cultivar using Melatonin

Abstract

An experiment was carried out using 0, 50, 100 and 300 μM melatonin in onion cultivar to investigate its effect on induction of resistance to Fusarium basal rot caused by Fusariumoxysporum f. sp. cepae. In this experiment, traits such as total phenolic content, hydrogen peroxide, malondialdehyde, antioxidant enzymes (catalase (CAT) and guaiacol peroxidase (GPX)) and disease-related enzymes (phenylalanine ammonia-lyase (PAL), chitinase and β-1,4-glucanase) were measured. The results showed an application of exogenous melatonin caused an increase in the total phenolic content and activity of antioxidants and disease-related enzymes, resulting a decrease malondialdehyde (MDA) and in the hydrogen peroxide (H2O2) level in Fusarium-treated plants. Although all concentrations of melatonin altered some biochemical and physiological traits in onions under Fusarium basal rot stress, the best overall result regarding induction of resistance to Fusariumoxysporum f. sp. cepae in these plants was observed on days 12 and 16 by applying 100 μM melatonin.

کلیدواژه‌ها English

Disease-related enzymes
hydrogen peroxide
guaiacol peroxidase
malondialdehyde

بررسی امکان مقاومت به بیماری پوسیدگی فوزاریومی در رقم پیاز قرمز

آذرشهر با کاربرد ملاتونین

بیتا خوانساری‌نژاد1، فرشاد دشتی1*، دوستمراد ظفری2 و اصغر میرزایی اصل3

1 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا همدان، دانشکده کشاورزی، گروه علوم باغبانی

2 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا همدان، دانشکده کشاورزی، گروه گیاهپزشکی

3 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا همدان، دانشکده کشاورزی، گروه بیوتکنولوژی

تاریخ دریافت: 15/12/1400          تاریخ پذیرش: 16/02/1402

چکیده

به منظور بررسی اثر ملاتونین بر القاء مقاومت به بیماری پوسیدگی فوزاریومی ایجاد شده با قارچ Fusarium oxyspurum f.sp. cepae در گیاه پیاز رقم قرمزآذرشهر آزمایشی با غلظت­های صفر (شاهد)، 50، 100 و 300 میکرومولار ملاتونین صورت گرفت. در این پژوهش تغییرات بیوشیمیایی و آنزیمی بعد از تیمار غلظت­های مختلف ملاتونین و بیماری پوسیدگی فوزاریومی در طی زمان­های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور خصوصیاتی مانند فنل کل، پراکسید هیدروژن، مالون دی آلدئید، آنزیم­های آنتی اکسیدانی (کاتالاز، گایاکول پراکسیداز) و آنزیم­های وابسته به بیماری (کیتیناز، فنیل آلانین آمونیالیاز و بتا 1- 4 گلوکوناز) بررسی شدند. نتایج نشان داد کاربرد ملاتونین خارجی در گیاهان تحت تیمار فوزاریوم با افزایش میزان فنل کل ، فعالیت آنزیم­های آنتی­اکسیدانی و همچنین آنزیم­های وابسته بیماری همراه بود که در نتیجه آن، میزان میزان مالون­دی­آلدئید کاهش یافت و پراکسید هیدروژن در گیاهان تحت تیمار فوزاریوم تعدیل شد. اگرچه تمام غلظت­های مورد استفاده ملاتونین باعث تغییر برخی از خصوصیات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی در گیاهان پیاز تحت تنش بیماری پوسیدگی فوزاریومی شدند، اما در مجموع بهترین نتیجه در غلظت 100 میکرومولار ملاتونین برای القاء مقاومت به گیاهان پیاز تحت تنش بیماری پوسیدگی فوزاریومی در روزهای دوازدهم و شانزدهم دیده شد.

واژه­های کلیدی: آنزیم­های وابسته به بیماری، پراکسید هیدروژن، گایاکول پراکسیداز، مالون دی آلدئید

* نویسنده مسئول، تلفن: 9183133541 ، پست الکترونیکی: dashti1350@yahoo.com، fdashti@basu.ac.ir

مقدمه

 

پیاز یک محصول مهم باغبانی از خانواده Amaryllidaceae است که در عرض‌های جغرافیایی مختلف رشد می­کند و دومین میزان تولید را در بین سبزی‌ها دارا می­باشد (37). پیاز به­وسیله پاتوژن­هایی مانند قارچ، باکتری، نماتد و ویروس­ها موردحمله قرار می­گیرد (27). یکی از بیماری­های مهم قارچی که پیاز را مورد حمله قرار می­دهد، پوسیدگی­فوزاریومی است که توسط قارچ Fusarium oxyspurum f.sp. cepae (FOC) ایجاد می­شود. این قارچ خاکزی هرساله خسارت اقتصادی زیادی را به تولیدکنندگان پیاز وارد می­کند (32). بیماری پوسیدگی فوزاریومی می­تواند برگ‌ها، ریشه‌ها، صفحه پایگاهی و فلس‌های پیاز را در مراحل مختلف رشد موردحمله قرار دهد (12). علائم این بیماری در مراحل مختلف رشد متفاوت است، به‌طوری‌که در مرحله دانهالی باعث کم شدن رشد دانهال و مرگ گیاه­چه می­شود. در گیاهان بالغ علائم آلودگی به این بیماری شامل نکروزه شدن بافت‌ها و صفحه پایگاهی، از بین رفتن و مرگ ریشه‌ها و یا در برخی از گیاهان منجر به کلروز تمام برگ‌ها شده و بعد از آن نکروزه شدن از نوک برگ‌ها شروع و سپس تمام برگ را در بر می‌ گیرد (12).

گیاهان از یک سیستم دفاعی پیچیده و پویا مانند موانع فیزیکی و شیمیایی مختلف برای مقابله با پاتوژن­ها استفاده می­کنند (30). این مکانیسم‌های دفاعی از چند وجه صورت می­گیرد که شامل از بین بردن رادیکال‌های آزاد، بیان ژن‌های دفاعی گیاه و تولید ترکیبات ضدمیکروبی است (7). علاوه بر این موانع، گیاهان دارای سیستم دفاعی به نام سیستم ایمنی ذاتی (Innate Immunity) هستند، به‌طوری‌که سلول‌ها، حمله پاتوژن را احساس کرده و به‌سرعت از خود واکنش نشان می‌دهند. یکی از این پاسخ‌ها، القاء تولید پروتئین‌های مرتبط با بیماری‌زایی (Pathogen-related proteins; PR-Proteins) است (8). در میان این پروتئین‌ها، خانواده PR-3 نقش مهمی را در مقاومت گیاهان به بیماری‌های قارچی بازی می‌کنند. آنزیم کیتیناز از این دسته از پروتئین‌ها است که همراه با بتا 1و 4 گلوکوناز و پراکسیدازها نقش دفاعی را در گیاهان هنگام تنش زیستی دارند (41). برخی از محققین معتقد هستند که ترکیبات فنلی نیز به‌طور مستقیم در پاسخ گیاهان به پاتوژن اثر دارند (53). علاوه بر مقاومت ذاتی گیاهان، راه‌های مختلفی برای مقابله با بیماری پوسیدگی­فوزاریومی گزارش‌شده­است که از جمله می‌توان به تولید گیاهان میزبان مقاوم، تناوب­کشت با گیاهانی غیرحساس به این بیماری مانند کشت گندم بهاره و یا ذرت به مدت چهار سال در زمین زراعی، کنترل بیولوژیک و استفاده از موادشیمیایی اشاره کرد (12).

در طی سال‌های اخیر استفاده از عوامل غیرزنده برای القاء مقاومت به تنش‌های زیستی موردتوجه قرارگرفته­است. یکی از این عوامل غیرزنده، تنظیم کننده رشدگیاهی جدیدی به نام ملاتونین است (36). ملاتونین یک ترکیب ایندولی از پیش ماده تریپتوفان است و در سال 1995 در گیاهان شناسایی‌شده است (54). این ماده مولکولی چندکاره و مؤثر در فعالیت‌های فیزیولوژیکی متعدد مانند رشد و نمو، ریشه زایی، جوانه‌زنی بذر، فتوسنتز و حفاظت علیه تنش‌های زیستی و غیرزیستی است (28). ملاتونین قدرت آنتی‌اکسیدانی بسیار بالایی دارد به‌طوری‌که توان آنتی‌اکسیدانی آن چهار برابر گلوتاتیون و دو برابر ویتامین E برآورد شده است (42). در تحقیقات انجام‌شده روی آرابیدوپسیس و تنباکو مشخص شد ملاتونین با افزایش آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی، تجمع سلولز و گالاکتوز در دیواره سلولی، افزایش بیان ژن‌های دفاعی مرتبط با بیماری، افزایش نیتریک اکسید و تاثیر بر مسیرهای سیگنالی تولید سالسیلیک اسید و جاسمونیک اسید باعث افزایش مقاومت گیاه به پاتوژن­ها از طریق کاهش تجمع گونه­های فعال اکسیژن (ROS) می‌شوند (5). مطالعاتی با کاربرد ملاتونین خارجی برای القاء مقاومت به پاتوژن­های گیاهی در سیب (53) ،خیار (42) وگوجه­فرنگی (25) انجام‌شده است.

در طی سال­های اخیر استفاده از سموم برای کنترل آفات و بیماری­ها به طور چشمگیری افزایش یافته است و تجمع این مواد در محصولات زراعی و باغی، سلامت انسان و محیط‌زیست را به مخاطره انداخته است، از طرف دیگر مقاوم شدن عوامل بیماری زا نسبت به سموم موجود، کنترل بیماری را با مشکل مواجه کرده است. درنتیجه یافتن روش­های امن و غیرمضر برای مقابله با بیماری‌های گیاهی ضرورت پیدا می‌کند. هدف از این تحقیق بررسی اثر هورمون ملاتونین بر کاهش شدت بیماری پوسیدگی فوزاریومی و مکانیزم احتمالی القای مقاومت در پیاز است.

مواد و روشها

مواد گیاهی: از پیاز رقم قرمز آذرشهر که در تحقیقات گذشته به­عنوان رقم حساس (دادهای منتشرنشده) به قارچ FOC شناسایی‌شده بود، به­عنوان ماده گیاهی برای این آزمایش استفاده شد. بذرهای پیاز رقم قرمز آذرشهر ابتدا توسط هیپوکلرید سدیم 5 % ضدعفونی و سه بار با آب مقطر اتوکلاو شده شستشو داده شدند و سپس در سینی نشاء کاشته شدند. پس از 45 روز، نشاء­های چهار برگی به گلدان­های سه لیتری پرشده با خاک شنی لومی اتوکلاو شده، منتقل شدند، گیاهان به مدت پنج روز در محیط گلخانه برای سازگار شدن با محیط در گلخانه نگهداری شدند و سپس تیمار گیاهان انجام شد و در نهایت گلدان­ها در گلخانه با دمای 18-24 درجه سانتی­گراد قرار داده شدند.

آماده کردن سوسپانسیون اسپوری: در مطالعات مقدماتی شناسایی قارچ FOC  با استفاده از آزمایش­های مولکولی و آزمون دامنه میزبانی در گروه گیاه­پزشکی دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا همدان انجام شد و در کلکسیون موسسه گیاه پزشکی کشور ثبت گردید (1). برای انجام این تحقیق ابتدا تکثیر جدایه HR1 (IRAN 3741C) قارچ FOC در محیط کشت PDA صورت گرفت. سپس پتری دیش­ها در انکوباتور با دمای 24 درجه به مدت 10 روز نگهداری شدند. تهیه سوسپانسیون اسپوری برای تلقیح به خاک گیاهان با غلظت 106 اسپور/میلی لیتر انجام شد (45).

تیمار گیاهان: این پژوهش در گلخانه گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا همدان، در چهار سطح ملاتونین با غلظت­های صفر، 50، 100 و 300 میکرومولار و دو سطح فوزاریوم ( بدون فوزاریوم/ فوزاریوم) در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار که هر تکرار حاوی 10 گیاه بود صورت گرفت. برای انجام این آزمایش ابتدا نیمی از گیاهان با غلظت­های مختلف ملاتونین و بقیه گیاهان با آب مقطر اتوکلاو شده محلول­پاشی برگی شدند. سه روز بعد از محلول­پاشی برگی با ملاتونین، گیاهان تیمار شده با غلظت­های مختلف ملاتونین و گیاهان بدون تیمار ملاتونین به صورت تصادفی به دو گروه تقسیم شدند. گروه اول که شامل گیاهان تیمار شده با غلظت­های مختلف ملاتونین بود با سوسپانسیون اسپوری قارچ فوزاریوم با غلظت 106 اسپور/میلی لیتر به میزان 40 میلی لیتر( فوزاریوم همراه با ملاتونین و یا فوزاریوم و بدون ملاتونین) تقسیم شدند و گروه دوم با آب مقطر اتوکلاو شده و بدون تیمار فوزاریوم (بدون ملاتونین و بدون فوزاریوم، ملاتونین و بدون فوزاریوم) تقسیم شدند. پس از تلقیح گیاهان در گلخانه با دمای 25 درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند. در روزهای صفر، 4، 8، 12، 16 و 20 پس از تلقیح، نمونه­برداری از برگ‌های هر تیمار انجام شد و نمونه‌ها سریعاً در نیتروژن مایع فریز شد و پس از انتقال به آزمایشگاه در فریزر 80- برای انجام آزمایش‌های بعدی نگهداری شدند (31، 17). سنجش شدت بیماری (Severity Index)، برای هر گروه 35 روز بعد از تیماردهی با فوزاریوم انجام شد. ارزیابی شدت بیماری با استفاده از این فرمول = (رتبه دهی گیاهان آلوده به بیماری پوسیدگی فوزاریومی× تعداد گیاهان قرار گرفته در این رتبه دهی)/ تعداد کل گیاهان) انجام شد و رتبه دهی بین 3-0 صورت گرفت، به‌طوری‌که 4 عدد تعریف شد: 0= گیاهان بدون علائم یا کمتر از 10 % آلودگی در ریشه و صفحه پایگاهی، 1= آلودگی ملایم که بین 10 -20 % صفحه پایگاهی و ریشه‌ها آلوده‌شده باشند، 2= آلودگی متوسط که بین 20-50% علائم بیماری در ریشه و یا صفحه پایگاهی مشاهده شد، 3= آلودگی زیاد که بیشتر از 50 % بود و علائم در ریشه­ها، صفحه پایگاهی به‌ عبارتی ‌دیگر آلودگی کل گیاه پیاز را در برگرفته باشد (31، 17).

اندازه‌گیری صفات بیوشیمیایی: غلظت پراکسیدهیدروژن براساس واکنش H2O2 با پتاسیم یدید انجام شد و نمونه‌ها در طول‌موج 390 نانومتر اندازه‌گیری شدندو  میزان H2O2 برحسب نانو مول بر گرم وزن­تر انجام شد (4). برای اندازه‌گیری غلظت فنل کل از معرف فولین-سیکالتو استفاده شد و نمونه‌ها در طول‌موج ۷۶۵ نانومتر، قرائت شدند (15).

برای اندازه­گیری محتوای مالون دی آلدئید (MDA) از روش استوارت و بیولی استفاده شد (40). از یک عصاره‌ی آنزیمی مشابه برای اندازه‌گیری فعالیت آنزیم‌های ﮔﺎﻳﺎﮐﻮﻝ ﭘﺮﺍﮐﺴﻴﺪﺍﺯ (GPX) ﻭ کاتالاز (CAT) از برگ‌های پیاز استفاده شد، به طوریکه ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ ﺁﻧﺰﻳﻢ ﮔﺎﻳﺎﮐﻮﻝ ﭘﺮﺍﮐﺴﻴﺪﺍﺯ ﺍﺯ ﺭﻭﺵ چنس و مهلی با کمی تغییر انجام شد و ﺍﺛﺮ ﻓﻌﺎﻟﻴﺖ ﺁﻧﺰیم GPX ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﺩﺳﺘﮕﺎﻩ اسپکتوفتومتر ﺩﺭ طول‌موج ۴۷۰ ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮ ﺩﺭ ﻣﺪﺕ ۲ ﺩﻗﻴﻘﻪ (ﻫﺮ 5 ﺛﺎﻧﻴﻪ یک‌بار ﻗﺮﺍﺋﺖ) اندازه‌گیری ﺷﺪ (26). فعالیت آنزیم کاتالاز با استفاده از روش کلیبورون مورد ارزیابی قرار گرفت و ثبت تغییرات جذب نور نمونه در طول‌موج 240 نانومتر به ﻣﺪﺕ ۲ ﺩﻗﻴﻘﻪ (ﻫﺮ 5 ﺛﺎﻧﻴﻪ یک‌بار ﻗﺮﺍﺋﺖ) با دستگاه اسپکتوفتومتر انجام ﺷﺪ (11).

اندازه­گیری آنزیم­های مرتبط با مقاومت به بیماری شامل ارزیابی فعالیت آنزیم فنیل آلانین آمونیالیازPAL)) بر اساس واکنش تبدیل فنیل آلانین به سینامیک اسید در نمونه های مورد آزمایش مورد ارزیابی قرار گرفتند و تغییرات جذب نور محلول با تنظیم دستگاه اسپکتروفتومتر برای برنامه کنیتیک ثبت گردید (10). بررسی فعالیت آنزیم بتا 1 و 4 گلوکوناز به روش یدیدیا صورت گرفت (52) و فعالیت آنزیم کیتیناز با استفاده از روش بنسود و باجکال انجام شد (6).

آنالیز آماری

آزمون نرمال سازی داده­ها با آزمون کولموگروف اسمیرنف انجام شد و پس از اطمینان از نرمال بودن داده ها تجزیه‌ وتحلیل آماری داده­ها از نرم­افزار (4/9) SAS استفاده ‌شده برای تجزیه‌ وتحلیل آماری داده­ها از نرم­افزار (4/9) SAS استفاده ‌شده و مقایسه میانگین­ها با آزمون چند دامنه­ای دانکن در سطح احتمال 1 % انجام گرفت.

نتایج

شدت بیماری: بر اساس نتایج مربوط به‌شدت بیماری، تیمار غلظت‌های مختلف ملاتونین مقاومت گیاه را نسبت به قارچ FOC افزایش داد. آنالیز داده­های مربوط به شدت بیماری حاکی از تأثیر غلظت 100 میکرومولار مولاتونین در کاهش شدت بیماری به میزان 64 درصد بود و پس‌ازآن غلظت 300 میکرومولار با کاهش 45 درصدی بیشترین تأثیر را داشت (شکل 1). علاوه براین، حجم ریشه گیاهان تیمار شده با ملاتونین افزایش‌یافته بود و گیاهان تیمار شده با ملاتونین نیز دارای ریشه‌های سالمی در مقایسه با گیاهان شاهد بودند (شکل2).

 

**

**

**

 

شکل 1- تاثیر غلظت‌های مختلف ملاتونین ( صفر، 100،50، و 300 میکرومولار) 35 روز بعد از تلقیح بر شدت بیماری نسبت به شاهد. ** تفاوت معنی‌دار بین تیمارها در سطح 1 درصد بر اساس آزمون LSD انجام شد.

H

G

F

E

D

C

B

A

شکل 2- تأثیر غلظت‌های مختلف ملاتونین 35 روز بعد از تیمار با فوزاریوم.

A: بدون ملاتونین و بدون فوزاریوم، B: بدون ملاتونین همراه با فوزاریوم ، C: ملاتونین 50 میکرومولار به همراه فوزاریوم D: ملاتونین 50 میکرومولار بدون فوزاریوم E: ملاتونین 100 میکرومولاربه همراه فوزاریوم ، F: ملاتونین 100 میکرو مولار بدون فوزاریوم، G: ملاتونین 300 میکرومولار به همراه فوزاریوم، H: ملاتونین 300 میکرومولار بدون فوزاریوم

 

 

پراکسیدهیدروژن: نتایج مربوط به میزان H2O2 نشان دادند که این صفت به­طور معنی­داری تحت تاثیر فوزاریوم، غلظت­های مختلف ملاتونین، زمان نمونه‌برداری و اثرات متقابل بین آن‌ها است (جدول 1). غلظت 50 میکرومولار ملاتونین در گیاهان تیمار شده با فوزاریوم در روز چهارم باعث کاهش H2O2 به میزان 29/146 درصد نسبت به گیاهان شاهد در همان روز شد. علاوه بر این، در روز دوازدهم غلظت 100 میکرومولار ملاتونین در گیاهان تیمار شده با فوزاریوم و بدون تیمار با فوزاریوم، میزان H2O2 به ترتیب 85/42 درصد و 78/71 درصد نسبت به گیاهان شاهد کاهش پیدا کرد (شکل 3-الف). نتایج حاصل داده­ها نشان داد که ملاتونین تاثیر مثبتی بر کاهش میزان H2O2 چه در گیاهان تحت تنش فوزاریوم و بدون فوزاریوم داشته است و بهترین نتیجه در غلظت 50 میکرومولار ملاتونین بدست آمد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل همبستگی داده­ها مشخص کرد که میزان H2O2 با میزان فنل کل و با برخی از آنزیم­ها از جمله کیتیناز و بتا 1 و 4 گلوکوناز دارای همبستگی مثبت و معنی­داری در سطح یک درصد وجود دارد (جدول 2).

فنل­ کل و مالون دی آلدئید: تحت تنش بیماری پوسیدگی فوزاریومی میزان فنل­کل برگ به‌طور معنی‌داری تحت تأثیر فوزاریوم، غلظت‌های ملاتونین، زمان و اثرات متقابل آن‌ها قرار گرفت (جدول 1). کاربرد ملاتونین باعث افزایش معنی‌دار فنل­کل برگ نسبت به گیاهان شاهد شد و بیشترین محتوای فنل­کل مربوط به گیاهان تیمار شده با فواریوم با غلظت 50 میکرومولار ملاتونین در روز شانزدهم بود که 06/12درصد فنل کل بیشتری نسبت به تیمار شاهد در همان روز داشت و تیمارهای فوزاریوم به همراه غلظت 100 میکرومولار در روزشانزدهم و بیستم به ترتیب 25/6 درصد و 90/6 درصد فنل کل بیشتری را نسبت گیاهان شاهد دارا بودند (شکل 3-ب). براساس نتایج بدست آمده از همبستگی صفات، فنل کل با آنزیم­های آنتی­اکسیدانی و آنزیم­های وابسته به بیماری دارای همبستگی مثبت و معنی­داری در سطح یک درصد بود.

 

جدول 1- تجزیه واریانس اثر تیمار ملاتونین بر فعالیت فنل کل، مالون در آلدئید، پراکسید هیدروژن ، آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و آنزیم‌های وابسته به بیماری تحت تنش فوزاریوم در گیاه پیاز

صفات

درجه آزادی

فنل کل

مالون دی آلدئید

پراکسید هیدروژن

پراکسیداز

کاتالاز

فنیل آلانین آمونیالیاز

کیتیناز

بتا 1و4 گلوکوناز

فوزاریوم

1

47/1**

0108/0**

12/180921**

94/357**

62/23921**

0031/0**

128/0**

29/7**

ملاتونین

3

09/1**

0028/0**

80/221780**

53/234**

34/20097**

0019/0**

87/0**

67/9**

زمان

5

77/2**

0078/0**

03/6028906**

25/230**

85/37049**

00159/0**

814/0**

10/8**

فوزاریوم* ملاتونین

3

82/0**

0040/0**

60/24876**

17/64**

77/4116**

0013/0**

0046/0ns

26/1**

فوزاریوم* زمان

5

53/0**

0050/0ns

26/22016**

26/138**

77/5943**

0012/0**

012/0ns

84/0**

ملاتونین* زمان

15

48/0**

0021/0**

21/67125**

13/67**

46/5041**

00093/0**

127/0**

75/1**

فوزاریوم*ملاتونین* زمان

15

19/0**

0035/0**

69/10664**

35/18**

37/867**

00081/0**

050/0**

25/1**

خطا

96

02/0

0005/0

59/238

56/7

07/171

0000175/0

0074/0

055/0

ضریب تغییرات

-

35/2

92/15

99/2

56/27

36/22

35/4

94/12

19/9

** تفاوت معنی دار در سطح یک درصد، ns غیر معنی دار

 

جدول2- همبستگی صفات مربوط با غلظت 100 میکرومولار ملاتونین بین تیمارهای مورد آزمایش در گیاه پیاز

فنیل آلانین آمونیالیاز

بتا 1 و 4 گلوکوناز

کیتیناز

گایاکول پراکسیداز

کاتالاز

فنل کل

پراکسید هیدروژن

مالون دی آلدئید

  

 

 

 

 

 

 

 

1

مالون دی آلدئید
 

 

 

 

 

 

1

-07/0ns

پراکسید هیدروژن
   

 

 

 

1

38/0**

-43/0**

فنل کل
     

 

1

76/0**

06/0ns

-73/0**

کاتالاز
     

1

67/0**

64/0**

04/0ns

-58/0**

گایاکول پراکسیداز
   

1

47/0**

49/0**

43/0**

48/0*

-56/0**

کیتیناز
 

1

61/0**

32/0ns

52/0**

37/0*

50/0**

-63/0**

بتا 1 و 4 گلوکوناز

1

28/0ns

-26/0ns

18/0ns

24/0ns

17/0ns

-11/0ns

-29/0ns

فنیل آلانین آمونیالیاز

** معنی داری در سطح یک درصد، * معنی داری در سطح پنج درصد، ns عدم معنی داری

 

 

نتایج مشخص کرد که اختلاف معنی­داری در میزان MDA در سطح یک درصد وجود داشت (جدول1). نتایج مربوط به مقایسه میانگین داده‌ها نشان­داد کمترین میزان MDA مربوط به تیمارهای بدون فوزاریوم و بدون ملاتونین(تیمارهای شاهد) در روزهای هشتم و دوازدهم بود. در گیاهان تیمار شده با فوزاریوم، غلظت 300 میکرومولار ملاتونین در روزهای چهارم و هشتم، 78/47 درصد و 31/55 درصد MDA کمتری از تیمارهای شاهد در همان روز داشتند (شکل 3-ج). میزان MDA بالاتری برای گیاهان تیمار شده با ملاتونین و بدون فوزاریوم نسبت به گیاهان تیمار شده با ملاتونین به همراه فوزاریوم مشاهده شد که ممکن است وجود قارچ FOC اثر ملاتونین را افزایش داده باشد. براساس نتایج مربوط به همبستگی صفات MDA با آنزیم­های آنتی­اکسیدانی، آنزیم­های وابسته به بیماری (کیتیناز و بتا 1 و 4 گلوکوناز) همبستگی منفی و معنی­داری را در سطح یک درصد دارا بود.

 

 

 

شکل 3- مقایسه میانگین‌ها آزمون دانکن در سطح یک درصد برای تیمار غلظت های مختلف ملاتونین (صفر، 50، 100 و 300 میکرومولار) (ملاتونین: M) در زمان های مختلف برای صفات پراکسید هیدروژن (الف)، فنل کل (ب) و مالون دی آلدئید (ج) اندازه گیری شده در گیاه پیاز تحت تنش بیماری پوسیدگی فوزاریومی

 

آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی: نتایج آنزیم CAT و GPX تحت تنش فوزاریوم و کاربرد ملاتونین نشان­داد که اختلاف معنی‌داری در بین تیمارهای مختلف فوزاریوم، ملاتونین ، زمان و اثرات متقابل آنها در سطح یک درصد وجود­ دارد (جدول 1). در گیاهان تیمار شده با فوزاریوم به‌صورت چشمگیری از روز چهارم تا بیستم میزان فعالیت آنزیم CAT در غلظت 100 میکرومولار افزایش پیداکرد (شکل 4-د). بیشترین میزان فعالیت آنزیم در روز شانزدهم با میزان 34/486 درصد افزایش نسبت به گیاه شاهد مشاهده شد. در گیاهان بدون تیمار فوزاریوم نیز بیشترین میزان آنزیم CAT در غلظت های 50 و 100 میکرومولار در روز شانزدهم بود. تحت تنش بیماری پوسیدگی­فوزاریومی در گیاهان پیاز رقم قرمزآذرشهر، فعالیت آنزیم GPX از روزهای هشتم تا شانزدهم در کاربرد غلظت 100 میکرومولار ملاتونین به صورت چشمگیری افزایش یافته بود و همانند آنزیم CAT در روز 16 ام فعالیت بیشتری (20/252 درصد) نسبت به تیمار شاهد داشت (شکل 4-ه).

آنزیم­های مرتبط به بیماری: نتایج بدست آمده از فعالیت آنزیم‌های PAL و بتا 1 و 4 گلوکوناز اختلاف معنی‌داری را بین تیمارها و اثرات متقابل آنها را در سطح یک درصد نشان دادند (جدول 1) اما در مورد فعالیت آنزیم کیتیناز اختلاف معنی­داری برای تیمار­های ملاتونین، فوزاریوم، زمان و اثرات متقابل فوزاریوم×ملاتونین× زمان در سطح یک درصد وجود­داشت.

نتایج سنجش فعالیت آنزیم PAL نشان­داد ملاتونین تاثیر مثبت روی فعالیت آنزیم PAL چه در گیاهان تحت تنش FOC و بدون تیمار FOC داشته است. در گیاهان تیمار شده با فوزاریوم  بهترین تیمار ملاتونین مربوط به غلظت 100 میکرومولار در روزهای مختلف بود که افزایش فعالیت آنزیم را نسبت به گیاهان شاهد داشت. بیشترین میزان فعالیت آنزیم PAL در گیاهان تحت تنش فوزاریوم در روز چهارم و شانزدهم به ترتیب با افزایش 30/342 درصد و 33/193 درصد نسبت به گیاهان شاهد مشاهده شد (شکل 4-ح). در گیاهان بدون فوزاریوم به همراه ملاتونین نیز میزان فعالیت آنزیم PAL افزایش یافت اما میزان فعالیت آنزیم PAL نسبت به گیاهان تحت تنش فوزاریوم کمتر بود (شکل 4-ح).

میزان فعالیت آنزیم­ کیتیناز در همه تیمارها، از روزهای چهارم تا بیستم در غلظت­های مختلف ملاتونین روند افزایشی داشتند. که تاثیر مثبت تیمار ملاتونین را برای فعالیت آنزیم کیتیناز نشان می‌دهد. لازم به ذکر است بیشترین تاثیر برای فعالیت آنزیم کیتیناز مربوط به گیاهان تیمار شده با فوزاریوم به همراه غلظت 100 میکرومولار ملاتونین در روز 20 ام بود که77/52 درصد فعالیت آنزیم نسبت به گیاه شاهد افزایش یافته­بود. در بین گیاهان بدون فوزاریوم به همراه ملاتونین در روز هشتم و شانزدهم به ترتیب 48/81 درصد و 97/67 درصد افزایش چشمگیری در فعالیت آنزیم کیتیناز نسبت به گیاهان شاهد مشاهده شد (شکل 4-و).

نتایج بدست آمده از فعالیت آنزیم بتا 1 و 4 گلوکوناز در پیازهای تیمار شده با فوزاریوم و بدون فوزاریوم نشان دهنده تاثیر غلظت­های مختلف ملاتونین برای فعالیت این آنزیم بود (شکل 4-ز). نتایج حاکی از بیشترین تاثیر ملاتونین در میزان فعالیت آنزیم برای تیمارهای فوزاریوم به همراه غلظت­های 50 میکرومولار (84/92 درصد) و 300 میکرومولار (85/100 درصد) ملاتونین در روزهای دوازدهم و شانزدهم بودند. در گیاهان بدون فوزاریوم، غلظت 50 میکرومولار ملاتونین در روز دوازدهم 67/95 درصد فعالیت آنزیم بتا 1و 4 گلوکوناز بیشتری را نسبت به تیمار شاهد داشت (شکل 2-ز).

 

 

شکل 4-. مقایسه میانگین‌ها آزمون دانکن در سطح یک درصد برای تیمار غلظت های مختلف ملاتونین (صفر، 50، 100 و 300 میکرومولار) (ملاتونین: M) در زمان های مختلف برای صفات کاتالاز(د)، گایاکول پراکسیداز (ه)، فنیل آلانین آمونیالیاز(ح)، کیتیناز(و) و بتا 1و4 گلوکوناز(ز) اندازه گیری شده در گیاه پیاز تحت تنش بیماری پوسیدگی فوزاریومی

 

بحث

با توجه به نقش چندگانه ملاتونین، مطالعات اخیر نشان می­دهد، تیمار گیاهان با ملاتونین باعث تحریک پاسخ­های دفاعی و درنتیجه، کاهش علائم بیماری در سیستم­های بیماری­زا مختلف شده است. گزارش­هایی از موفقیت کنترل بیماری یا کاهش علائم آن به­وسیله تیمار گیاهان با کاربرد ملاتونین خارجی ارائه شده­است (42، 52). علاوه براین، نقش ملاتونین در تحریک رشد ریشه­های اصلی و جانبی از طریق تاثیر بر ژن­های حامل اکسین در گونه­های گیاهی مختلف تایید شده است (5). در تحقیق حاضر گیاهان تیمار شده با ملاتونین از ریشه‌های سالم‌تری نسبت به نمونه‌های شاهد برخوردار بودند که می‌تواند به دلیل نقش ملاتونین در رشد ریشه باشد که همانند هورمون اکسین عمل کرده و رشد ریشه را در گیاهان پیاز افزایش داده­است. در مطالعه ون و همکاران (49) نیز ملاتونین باعث افزایش رشد ریشه­های جانبی در گیاهان گوجه‌فرنگی شده­بود.

در بین تیمارهای مورد آزمایش، غلظت 100 میکرومولار ملاتونین بهترین نتیجه را برای کاهش شدت­بیماری در بین گیاهان تیمار شده با فوزاریوم دارا بود که نتایج به‌دست‌آمده از این پژوهش با نتایج گزارش‌شده برای کاربرد غلظت­های مختلف ملاتونین برای کاهش شدت­بیماری با قارچ­های بیماری­زا در گیاهان سیب (52)، خیار (42) مطابقت داشت.

گیاهان در مواجه با تنش­های زیستی دچار تغییرات بیوشیمیایی می­شوند که یکی از این تغییرات بیوشیمیایی تولید گونه­های فعال اکسیژن مانند O2- و H2O2 می باشد که به‌سرعت به انواع بیومولکول­ها آسیب می‌زنند (45). H2O2 در گیاهان دارای نقش‌های متنوعی است و در مقایسه با رادیکال‌های اکسیژن از ثبات بیشتری برخوردار است (38). مولکول H2O2 به‌طور بالقوه با مولکول‌های حاوی آهن و بقیه فلزات مانند منیزیم واکنش بیشتری نشان می‌دهند بنابراین کلروفیل، میتوکندری و زنجیره انتقال الکترون منابع خوبی برای تولید ROS می­باشند (9). گیاهان برای حفاظت از خود دارای آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و غیر­آنتی­‌اکسیدانی هستند که توازنی بین رادیکال‌های آزاد ایجاد کنند. این آنزیم‌ها نقش مهمی را در زمینه نرمال بودن متابولیسم گیاه و افزایش مقاومت به تنش‌ها بازی می‌کنند (19). از این‌رو کاربرد خارجی ملاتونین به‌طور مستقیم با فعال کردن آنزیم‌های اکسیدانی و غیر اکسیدانی سبب کاهش سطح ROS ها در گیاهان می‌شوند (19). در مطالعه حاضر، کاربرد خارجی ملاتونین در غلظت‌های 50 و 100 میکرومولار باعث کاهش سطح H2O2 شد. نتایج بدست آمده از این تحقیق با کاربرد ملاتونین با غلظت50 میکرو مولار باعث کاهش تجمع H2O2 در گوجه‌فرنگی‌های انباری تحت تنش بیماری با Botrytis cinerea مشابهت داشت (24). در تنش‌های غیر زیستی مانند تنش سرما، خشکی و UV کاربرد ملاتونین خارجی باعث کاهش میزان H2O2 شده است (14) که با نتایج بدست آمده از این تحقیق هم‌راستا بود. لازم به ذکر است که H2O2 می­تواند دارای نقش دوگانه باشد به­طوریکه از یک سو باعث تخریب سلول شود و از سوی دیگر در غلظت­های پایین به‌عنوان یک مولکول سیگنالی عمل کرده و باعث فعال شدن مکانیسم­های دفاعی در سلول­های گیاهی شود (38). نتایج بدست آمده از همبستگی صفات در این پژوهش نیز تاکیدی بر نقش سیگنالی H2O2 در گیاهان پیاز تحت تیمار فوزاریوم و ملاتونین بود زیرا همبستگی مثبت و معنی­داری بین H2O2 و آنزیم­های CAT، GPX، کیتیناز، بتا 1 و 4 گلوکوناز و فنل­کل وجود داشت که با نتایج بدست آمده از مطالعه تانگ و همکاران مشابهت داشت (44).

MDA یک محصول پراکسیداسیون اسیدهای چرب اشباع نشده در فسفولیپیدهاست و معمولا به­عنوان نماد یکپارچگی غشاءسلولی در گیاهان نظر گرفته می­شود. در گونه‌های گیاهی تحت شرایط تنش زیستی، اکسیداسیون خودکار لیپیدها ناشی از تولید ROS هاست که منجر به کاهش سیالیت غشا سلول و آزاد شدن لیپیدها می­شود (24). در تحقیق حاضر محلول­پاشی برگی ملاتونین، باعث کاهش میزان MDA از طریق جمع کردن میزان رادیکال­های آزاد شد که با نتایج بدست آمده از کاربرد ملاونین خارجی برای کاهش MDA برای تنش­های غیرزیستی مطابقت داشت (43). تاکنون مطالعه­ای در مورد کاربرد ملاتونین برای کنترل این صفت برای تنش­های زیستی گزارش نشده­است اما نتایج بدست آمده از این تحقیق با برخی مطالعات انجام شده در تنش­های غیر زیستی مانند تنش سرما مطابقت داشت (16). طبق تحقیقات صورت گرفته از MDA به عنوان یک نشانگر برای آسیب به غشاء تحت شرایط تنش شناخته می­شود که وجود آنزیم های آنتی­اکسیدانی توانمند باعث کاهش پراکسیداسیون لیپیدها می­شود (13). نتایج حاصل از همبستگی صفات نشان داد که MDA دارای همبستگی منفی با آنزیم­های آنتی­اکسیدانی و آنزیم­های وابسته دفاعی در گیاهان می­باشدکه تاکیدی بر مطلب فوق است و با نتایج بدست آمده از (48) و (32) مطابقت داشت.

در گیاهان ترکیبات فنلی به دلیل اثرات فیزیولوژیکی که برای گیاهان دارند موردتوجه قرارگرفته‌اند. فنل­ها متابولیت­های ثانویه­ای با فعالیت آنتی‌اکسیدانی هستند که از مسیر شیکمیک­اسید و فنیل پروپانوئید مشتق می‌شوندکه نقش مهمی در حفاظت گیاهان علیه تنش‌های زیستی و غیر زیستی بازی می­کنند (23، 29). طبق گزارش محققان، کاربرد ملاتونین با افزایش ترکیبات فنلی در گیاهان همراه بوده­است که در نتیجه آن به محافظت گیاهان در برابر اثرات مخرب ROS کمک می­کند (20). نتایج به‌دست‌آمده از این تحقیق بامطالعه لیو و همکاران (24) مطابقت داشت به‌طوری‌که کاربرد ملاتونین باعث افزایش مقدار فنل­کل در میوه‌های گوجه‌فرنگی‌های تیمار شده با کپک خاکستری شده بود.

رادیکال­های آزاد تولید شده در زمان تنش ها به­دلیل واکنش­پذیری بسیار بالا با اکثر مولکول­های زیستی به گیاهان خسارت وارد می­کنند و درنتیجه باعث مرگ سلول می­شوند (46،35). گیاهان برای حفاظت سلول­ها از خسارت­های اکسیداتیو فعالیت آنزیم­های غیر آنتی­اکسیدانی مانند گلوتاتیون پراکسیداز و اکسیدانی مانند CAT و GPX را به­صورت چشمگیری افزایش می­دهند (3، 22).

آنزیم GPX دارای ایزومرهای مختلفی است که در بسیاری از فرایندهای فیزیولوژی درگیاهان نقش دارند. در زمان حمله پاتوژن به گیاهان، این آنزیم با ساخت لیگنین و پیوندهای دیستروسین (Dityrosine Bonds) در دیواره سلولی افزایش می­دهد و با استفاده از آنزیم اسید فرولیک و ترکیبات فنلی باعث اکسیداسیون H2O2 می­شوند که نقش مهمی را در مقاومت گیاه به پاتوژن بازی می­کند (29). همانند پراکسیداز، آنزیم CAT نیز به وسیله تخریب H2O2 به آب و اکسیژن راندمان بالایی در جلوگیری از خسارات اکسیداتیو دارد (34). مطالعات زیادی در مورد خصوصیات آنتی­اکسیدانی ملاتونین وجود دارد که با تغییر در فعالیت آنزیم­هایی مانند CAT و GPX باعث کاهش استرس­های اکسیداتیو و تعدیل ROS ها در گیاهان می­شوند و از اینرو مقاومت گیاهان به تنش زیستی را افزایش می­دهد (18). در این پژوهش کاربرد ملاتونین با غلظت 100 میکرومولار باعث افزایش فعالیت آنزیم­های CAT و GPX در گیاهان تیمار شده با فوزاریوم به­همراه ملاتونین شده بود، که تاثیر این ماده را برای کنترل گسترش قارچ فوزاریوم به گیاه پیاز نشان می­دهد که با نتایج بدست آمده از افزایش آنزیم­های آنتی­اکسیدانی در گیاه سیب تیمار شده با غلظت 100 میلی­مولار ملاتونین تحت تنش Diplocarpon mali ، گیاهان خیار تیمار شده با غلظت 100 میکرومولار ملاتونین تحت تنش بیماری سفیدک داخلی و گوجه فرنگی تیمار شده با قارچ Botritis cinere همراستا بود.

طبق برخی از مطالعات صورت گرفته در طی سال­های اخیر، ملاتونین به­عنوان یک مولکول تحریک کننده سیگنالی در مقاومت به پاتوژن شناسایی شناسایی شده است که بیان و فعالیت پروتیئن­های وابسته به بیماری مانند کیتیناز، PAL و گلوکونازها را افزایش می­دهد و با همکاری هورمون­های داخلی و آنزیمهای اکسیداتیو باعث القاء مقاومت به تنش های زیستی می­شود (34). آنزیم PAL واکنش تبدیل فنیل آلانین به اسید سینامیک را کاتالیز می­کند که مرحله مهمی در مسیر و میزان تولید فنیل پروپانوئید است که به­عنوان یک نشانگر در گیاهان برای ایجاد مقاومت در نظر گرفته می­شود (2، 53). آنزیم PAL در فعالیت­های متابولیکی بسیاری از گیاهان عالی دیده می‍شود. در پاسخ به تنش­های زیستی به گیاهان، آنزیم PAL به­عنوان آنزیم اصلی سنتز کننده ترکیبات فنلی القاء می­شود که چندین ترکیب ثانویه دفاعی مانند لیگین­ها و فنل­ها را تولید می­کنند که به­عنوان آنتی اکسیدان عمل کرده و رادیکال­های آزاد را به دام می­اندازند (49). در پژوهش حاضر فعالیت آنزیم PAL به­میزان چشمگری در گیاهان تیمار شده با فوزاریوم به­همراه ملاتونین افزایش یافت که با نتایج بدست­آمده از تیمار ملاتونین در گیاهان سیب تحت تنش با قارچ Diplocarpon mali  (52) و گیاهان خیار تحت تنش بیماری سفیدک داخلی (42) مطابقت داشت.

کیتین و گلوکان از اجزای تشکیل­دهنده دیواره سلولی بسیاری از پاتوژن­های قارچی هستند. در بسیاری از گیاهان در پاسخ به آلودگی فعالیت این دو آنزیم القاء شده و باعث ایجاد مقاومت می­شوند. کیتینازها دارای فعالیت ضدقارچی بالقوه متعلق به خانواده گلیکوزیل هیدرولاز ها هستند (39). گیاهان در پاسخ به حمله پاتوژن پروتئین­های کیتیناز را تولید می­کنندکه پلی­ساکاریدهای ساختاری دیواره سلولی پاتوژن قارچی مانند پیوندهای بتا 1 و 4 بین N-acetylglucosamine را تجزیه می­کنند (20). در مطالعات انجام شده توسط (42، 53، 24) کاربرد ملاتونین خارجی باعث افزایش فعالیت آنزیم کیتیناز شده بود که با تحقیق حاضر مطابقت داشت.

در فرایند آلوده سازی پاتوژن، تراوش سلولاز به وسیله عامل بیماری زا عامل اصلی تعیین­کننده بیماری است که نقش مهمی در نرم شدن دیواره سلولی گیاه دارد. آنزیم بتا 1 و 4 گلوکوناز، پلی ساکاریدهای مهم در دیواره سلولی قارچ­ها را که حاوی زنجیره­های بلند بتا 1و4 وصل شده به گلوگز هستند را تجزیه می­کند (51). اطلاعات اندکی درباره نقش آنزیم بتا 1و4 گلوکوناز در واکنش مرتبط با مقاومت به بیماری در برابر عوامل بیماری­زا و ملاتونین وجود دارد. نتایج بدست آمده در این تحقیق نشان داد ملاتونین باعث افزایش فعالیت آنزیم بتا 1و4 گلوکوناز می‍شود. در مطالعات مربوط به مقاومت به پاتوژن به­صورت محدود از آنزیم بتا 1و4 گلوکوناز استفاده شده است (47).

نتیجه­گیری کلی

کاربرد ملاتونین توانست اثرات مخرب فوزاریوم را به میزان قابل توجهی کنترل کند. به طوریکه شدت بیماری در گیاهان تیمار شده با غلظت 100 میکرومولار ملاتونین به میزان 64 درصد نسبت به گیاهان شاهد کاهش یافت. کاربرد ملاتونین در گیاهان تحت تنش با افزایش فنل­کل، فعالیت آنزیم­های CAT، GPX و آنزیم­های وابسته دفاعی و کاهش MDA همراه بود، که این امر موجب کاهش خسارت­های اکسیداتیو در اثر تنش بیماری پوسیدگی­فوزاریومی می­شود. علاوه براین، همبستگی منفی و معنی‍داری بین MDA که به عنوان یک معرف برای بررسی میزان صدمات غشاء در شرایط تنش شناخته می­شود و آنزیم­های آنتی­اکسیدانی و آنزیم­های وابسته دفاعی وجود داشت. در پایان لازم به ذکر است هدف نهایی از پژوهش برای مبارزه با بیماری­های گیاهی، کاهش خسارت­های اقتصادی گیاهان با حداقل رساندن خسارت به محیط زیست است. از این رو، استفاده از ملاتونین به­عنوان یک ترکیب موثر به­منظور القاء مقاومت به بیماری پوسیدگی فوزاریومی در گیاه پیاز پیشنهاد می­گردد.

سپاسگزاری

نویسندگان این مقاله مراتب سپاس و قدردانی خود را از تمامی همکاران و مسئولین گروه باغبانی و گیاهپزشکی دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا به جهت فراهم نمودن شرایط و امکانات انجام این پژوهش ما را یاری نمودند، ابراز مینمایند.

  1. 1. خوانساری نژاد، ب.، دشتی، ف.، ظفری، د. و میرزایی-اصل، ا. 1400. غربالگری برخی از رقمهای پیاز خوراکی در برابر بیماری پوسیدگی فوزاریومی (Fusarium oxysporum sp. cepae) و بررسی بیان رونوشت ژنهای COI1 و ERF1 در رقمهای حساس و متحمل. علوم باغبانی ایران. 52 (1): 183-194.
  2. منصوری، س.، ساری خانی، ح.، سیاری، م.، سلیمانی اقدم، م. و عسگری سرچشمه، م. ع. 1400. اثر محلولپاشی قبل از برداشت ملاتونین بر رسیدن و ویژگیهای کیفی پس از برداشت ((Fragaria × anannasa cv. Queen Elisa توت فرنگی میوه. مجله پژوهشهای گیاهی. 34(3):643-657.
  3. عباسی، ن.، میرزائی اصل، ا. و خدائی، ل. 1401. اثر تنش خشکی بر فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدان و میزان آرتمیزینین گیاه درمنه دشتی (Artemisia sieberi). مجله پژوهش های گیاهی. 35(2): 389-402.

 

  1. Alexieva, V., Sergiev, I., Mapelli, S., and Karanov, E. 2001. The effect of drought and ultraviolet radiation on growth and stress markers in pea and wheat. Plant, cell & environment. 24(12): 1337-1344.
  2. Arnao, M. B., and Hernández-Ruiz, J. 2018. Melatonin and its relationship to plant hormones. Annals of botany. 121: 195-207.
  3. Bansode, V. B., and Bajekal, S. S. 2006. Characterization of chitinases from microorganisms isolated from Lonar Lake.
  4. Bari, R. and Jones, J. D. 2009. Role of plant hormones in plant defence responses. Plant molecular biology. 69(4): 473-488.
  5. Boccardo, N. A., Segretin, M. E., Hernandez, I., Mirkin, F. G., Chacón, O., Lopez, Y., Borrás-Hidalgo, O., and Bravo-Almonacid, F. F. 2019. Expression of pathogenesis-related proteins in transplastomic tobacco plants confers resistance to filamentous pathogens under field trials. Scientific reports. 9(1): 1-13.
  6. Cheeseman, J. M. 2007. Hydrogen peroxide and plant stress: a challenging relationship. Plant stress. 1(1): 4-15.
  7. Chen Y. H., Du G. H., and Zhang J. T. 2000. Salvianolic acid B protects brain against injuries caused by ischemia-reperfusion in rats Acta pharmacologica sinica. 21: 463-466.
  8. Claiborne, A. 1985. Catalase activity; in the CRC handbook of methods for oxygen radical research. Greenwald, R. A. (ed.), pp. 283−284, CRC Press Inc. Boca Raton, Florida.
  9. Cramer, C. S. 2000. Breeding and genetics of Fusarium basal rot resistance in onion. Euphytica. 115(3): 159-166.
  10. Davey, M. R., Anthony, P., Power, J. B., and Lowe, K. C. 2005. Plant protoplasts: status and biotechnological perspectives. Biotechnology advances. 23(2): 131-171.
  11. Debnath, B., Islam, W., Li, M., Sun, Y., Lu, X., Mitra, S., Hussain, M., Liu, S., and Qiu, D. 2019. Melatonin mediates enhancement of stress tolerance in plants. International journal of molecular sciences. 20(5): 1040.
  12. Dewanto, V., Wu, X., and Liu, R. H. 2002. Processed sweet corn has higher antioxidant activity. Journal of agricultural and food chemistry. 50(17): 4959-4964.
  13. Erdal, S. 2012. Androsterone-induced molecular and physiological changes in maize seedlings in response to chilling stress. Plant physiology and biochemistry. 57: 1-7.
  14. Galván, G. A., Koning-Boucoiran, C. F., Koopman, W. J., Burger-Meijer, K., González, P. H., Waalwijk, C., Kik, C., and Scholten, O. E. 2008. Genetic variation among Fusarium isolates from onion, and resistance to fusarium basal rot in related Allium species. European journal of plant pathology. 121(4): 499-512.
  15. Gulcin, I., Buyukokuroglu, M. E., Oktay, M., Kufrevioglu, O. I. 2002. On the in vitro antioxidative properties of melatonin Journal of pineal research. 33: 167-171.
  16. Han, Q. H., Huang, B., Ding, C. B., Zhang, Z. W., Chen, Y. E., Hu, C., Zhou, L. J., Huang, Y., Liao, J. Q., Yuan, S., and Yuan, M. 2017. Effects of melatonin on anti-oxidative systems and photosystem II in cold-stressed rice seedlings. Frontiers in plant science. 8: 785.
  17. Karaca, P., and Cekic, F. Ö. 2019. Exogenous melatonin-stimulated defense responses in tomato plants treated with polyethylene glycol. International journal of vegetable science. 25(6): 601-609.
  18. Kumar, M., Brar, A., Yadav, M., Chawade, A., Vivekanand, V., and Pareek, N. 2018. Chitinases—potential candidates for enhanced plant resistance towards fungal pathogens. Agriculture. 8(7): 88.
  19. Li, J., Arkorful, E., Cheng, S., Zhou, Q., Li, H., Chen, X., Sun, K., and Li, X. 2018. Alleviation of cold damage by exogenous application of melatonin in vegetatively propagated tea plant (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze). Scientia horticulturae. 238: 356-362.
  20. Liang, D., Shen, Y., Ni, Z., Wang, Q., Lei, Z., Xu, N., Deng, Q., Lin, L., Wang, J., Lv, X., and Xia, H. 2018. Exogenous melatonin application delays senescence of kiwifruit leaves by regulating the antioxidant capacity and biosynthesis of flavonoids. Frontiers in plant science. 9: 426.
  21. Liu, C., Chen, L., Zhao, R., Li, R., Zhang, S., Yu, W., Sheng, J., and Shen, L. 2019. Melatonin induces disease resistance to Botrytis cinerea in tomato fruit by activating jasmonic acid signaling pathway. Journal of agricultural and food chemistry. 67(22): 6116-6124.
  22. Liu, Z., CAI, J. S., L. I, J. J., LU, G. Y., LI, C. S., F.U, G. P., Zhang, X. K., Liu, Q. Y., Zou, X. L., and Cheng, Y. 2018. Exogenous application of a low concentration of melatonin enhances salt tolerance in rapeseed (Brassica napus) seedlings. Journal of integrative agriculture. 17(2): 328-335.
  23. Maehly, A., and Chance, B. 1955 Assay of catalases and peroxidases, in methods in enzymology. Methods enzymology. 2: 764–775.
  24. Maude R. 1990. Leaf diseases of onions. In: H.D. Rabinowitch & J.L. Brewster (Eds), Onions and allied crops, volume II. 173–190. CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida.
  25. Nawaz, M. A., Huang, Y., Bie, Z., Ahmed, W., Reiter, R. J., Niu, M., and Hameed, S. 2016. Melatonin: current status and future perspectives in plant science. Frontiers in plant science. 6: 1230.
  26. Nowogórska, A., and Patykowski, J. 2015. Selected reactive oxygen species and antioxidant enzymes in common bean after Pseudomonas syringae phaseolicola and Botrytis cinerea infection. Acta physiologiae plantarum. 37(1): 1-10.
  27. Onaga, G., and Wydra, K. 2016. Advances in plant tolerance to abiotic stresses. Plant genomics. 10: 229-272.
  28. Rout, E., Tripathy, P., Nanda, S., Nayak, S., and Joshi, R. K. 2016. Evaluation of cultivated and wild Allium accessions for resistance to Fusarium oxysporum sp. cepae. Proceedings of the National Academy of Sciences, India Section B: Biological sciences. 86(3): 643-649.
  29. Rukmini, M. S., D'souza, B., and D'souza, V. 2004. Superoxide dismutase and catalase activities and their correlation with malondialdehyde in schizophrenic patients. Indian journal of clinical biochemistry. 19(2): 114-118.
  30. Sasaki, K., Nakahara, K., Tanaka, S., Shigyo, M., and Ito, S. I. 2015. Genetic and pathogenic variability of Fusarium oxysporum sp. cepae isolated from onion and Welsh onion in Japan. phytopathology. 105(4): 525-532.
  31. Sharif, R., Xie, C., Zhang, H., Arnao, M. B., Ali, M., Ali, Q., Muhammad, I., Shalmani, A., Nawaz, M. A., Chen, P., and Li, Y. 2018. Melatonin and its effects on plant systems. Molecules. 23(9): 2352.
  32. Sharma, B. 2014. Oxidative stress in HIV patients receiving antiretroviral therapy. Current HIV research. 12(1): 13-21.
  33. Shi, H., Chen, K., Wei, Y., and He, C. 2016. Fundamental issues of melatonin-mediated stress signaling in plants. Frontiers in plant science. 7: 1124.
  34. Shigyo, M., Khar, A., and Abdelrahman, M. 2018.The allium genomes. Springer, Cham
  35. Smirnoff, N., and Arnaud, D. 2019. Hydrogen peroxide metabolism and functions in plants New Phytologist. 221: 1197-1214.
  36. Souza, T. P., Dias, R. O., and Silva-Filho, M. C. 2017. Defense-related proteins involved in sugarcane responses to biotic stress. Genetics and molecular biology. 40: 360-372.
  37. Stewart, R. R., and Bewley, J. D. 1980. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes. Plant physiology. 65(2): 245-248.
  38. Sudisha, J., Sharathchandra, R. G., Amruthesh, K. N., Kumar, A., and Shetty, H. S. 2012. Pathogenesis related proteins in plant defense response. In Plant defence: biological control. 379-403.
  39. Sun, Y., Liu, Z., Lan, G., Jiao, C., and Sun, Y. 2019. Effect ofexogenous melatonin on resistance of cucumber to downy mildew. Scientia horticulturae. 255: 231-241.
  40. Tan, D. X., Hardeland, R., Manchester, L.C., Korkmaz, A., Ma, S., Rosales-Corral, S., and Reiter, R. J. 2012. Functional roles of melatonin in plants, and perspectives in nutritional and agricultural science. Journal of experimental botany. 63(2): 577-597.
  41. Tang, J., Wang, S. Q., Hu, K. D., Huang, Z. Q., Li, Y. H., Han, Z., Chen, X. Y., Hu, L.Y., Yao, G. F., and Zhang, H. 2019. Antioxidative capacity is highly associated with the storage property of tuberous roots in different sweetpotato cultivars. Scientific reports. 9(1): 1-10.
  42. Taylor, A., Vagany, V., Barbara, D. J., Thomas, B., Pink, D. A. C., Jones, J. E., and Clarkson, J. P. 2013. Identification of differential resistance to six Fusarium oxysporum sp. cepae isolates in commercial onion cultivars through the development of a rapid seedling assay. Plant pathology. 62(1): 103-111.
  43. Thakur, M., and Sohal B. S. 2013. Role of elicitors in inducing resistance in plants against pathogen infection: a review. ISRN Biochemistry. 1–10.
  44. Urbanek, H., and Zalewska-Sobczak, J. 1986. 1.4-β-Galactanases and 1.3-β-glucanases of Botrytis cinerea isolate infecting apple. Biochemie und physiologie der Pflanzen. 181(5): 321-329.
  45. Wassie, M., Zhang, W., Zhang, Q., Ji, K., and Chen, L. 2019. Effect of heat stress on growth and physiological traits of alfalfa (Medicago sativa) and a comprehensive evaluation for heat tolerance. Agronomy. 9(10): 597.
  46. Wen, D., Gong, B., Sun, S., Liu, S., Wang, X., Wei, M., and Shi, Q. 2016. Promoting roles of melatonin in adventitious root development of Solanum lycopersicum by regulating auxin and nitric oxide signaling. Frontiers in plant science. 7: 718.
  47. Vanitha, S. C., Niranjana, S. R., and Umesha, S. 2009. Role of phenylalanine ammonia lyase and polyphenol oxidase in host resistance to bacterial wilt of tomato. Journal of phytopathology. 157(9): 552-557.
  48. Xu, L., Yue, Q., Bian, F. E., Sun, H., Zhai, H., and Yao, Y. 2017. Melatonin enhances phenolics accumulation partially via ethylene signaling and resulted in high antioxidant capacity in grape berries. Frontiers in plant science. 8: 1426.
  49. Yedidia, I., Benhamou, N., Kapulnik, Y., and Chet, I. 2000. Induction and accumulation of PR proteins activityduring early stages of root colonizationby the mycoparasite Trichoderma harzianum strain T-203. Plant physiology and biochemistry. 38(11): 863-873.
  50. Yin, L., Wang, P., Li, M., Ke, X., Li, C., Liang, D., Wu, S., Ma, X., Li, C., Zou, Y., and Ma, F. 2013. Exogenous melatonin improves Malus resistance to arssonina apple blotch. Journal of pineal research. 54(4): 426-434.
  51. Zhang, S., Zheng, X., Reiter, R.J., Feng, S., Wang, Y., Liu, S., Jin, L., Li, Z., Datla, R., and Ren, M. 2017. Melatonin attenuates potato late blight by disrupting cell growth, stress tolerance, fungicide susceptibility and homeostasis of gene expression in Phytophthora infestans. Frontiers in plant science. 8: 1993.
مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)
دوره 37، شماره 1
بهار 1403
صفحه 1-15

  • تاریخ دریافت 15 اسفند 1400
  • تاریخ بازنگری 15 اسفند 1401
  • تاریخ پذیرش 16 اردیبهشت 1402