نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشگاه شهید باهنر کرمان
چکیده
چکیده
متیلجاسمونات یک هورمون گیاهی است که به طور وسیع در گیاهان انتشار یافته و نقش مهمی در فعالیت فیزیولوژیکی در گیاهان ایفا میکند. مس عنصری ضروری برای گیاه میباشد. مقدار زیاد آن باعث ایجاد سمیت در گیاه از طریق ایجاد گونههای فعال اکسیژن میشود. در این تحقیق اثر احتمالی تیمارهای مختلف متیلجاسمونات بر کاهش تنش اکسیداتیو در گیاه شاهی(Lepidium sativum)، تحت سطوح مختلف تنش مس(50، 100 و 200 میکرومولار (CuSo4، مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، پراکسیداسیون لیپیدها، میزان پروتئین و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی اندازهگیری شد. نتایج نشان داد که تنش مس به تنهایی باعث افزایش میزان مالون دآلدئید، پراکسیدهیدروژن و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان کاتالاز((CAT، آسکورباتپراکسیداز((APX و گایاکول-پراکسیداز((GPX گردید. اما تیمارهای5 و10 میکرومولار متیلجاسمونات سبب بهبود پارامترهای مذکور تحت تنش مس گردید، که نشاندهنده کاهش خسارت اکسیداتیو و تاثیر متیلجاسمونات در افزایش تحمل گیاه شاهی در شرایط تنش مس میباشد.
کلمات کلیدی: آنزیمهای آنتیاکسیدان، گیاه شاهی، متیلجاسمونات، مس.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Impact of methyl jasmonate on reducing of oxidative stress in Garden cress (Lepidium sativum L.) under copper stress
چکیده [English]
ABSTRACT
Methyl jasmonate is a phytohormone widely distributed and plays an important role in some physiology activities in plant. Copper is an essential element for plants. On the other hand, excess copper is present in certain regions and environments, and can be potentially toxic to plants causing phytotoxicity by the formation of reactive oxygen species that damage cells. In this study, we examined impact of various concentrations of methyl jasmonate (0, 5, 10, and 20 µM) on reducing of oxidative stress in Garden cress (Lepidium sativum L.) under different levels of Cu (50, 100, and 200 µM CuSO4) copper stress.The results showed that copper stress treatment alone increased MDA, H2O2 and antioxidative enzyme activity like catalase (CAT), guaiacol peroxidase (GPX), ascorbate peroxidase (APX) and plant survival under copper stress. It is indicating that methyl jasmonate treatment caused decrease in oxidative damge and increase copper tolerance of plants significantly.
Keywords: antioxidative enzymes, Cu stress, Lepidium sativum, methyl jasmonate
کلیدواژهها [English]
اثر جاسمونیکاسید بر کاهش القاء تنش اکسیداتیو در گیاه تره تیزک
(Lepidium sativum) تحت تنش مس
الهام اسدی کرم*، زهرا اسرار و بتول کرامت
کرمان، دانشگاه باهنر کرمان، دانشکده علوم، ، گروه زیستشناسی
تاریخ دریافت: 25/7/92 تاریخ پذیرش: 19/4/93
چکیده
متیلجاسمونات یک هورمون گیاهی است که به طور وسیع در گیاهان انتشار یافته و نقش مهمی در فعالیت فیزیولوژیکی در گیاهان ایفا میکند. مس عنصری ضروری برای گیاه میباشد. مقدار زیاد آن باعث ایجاد سمیت در گیاه از طریق ایجاد گونههای فعال اکسیژن میشود. در این تحقیق اثر احتمالی تیمارهای مختلف متیلجاسمونات بر کاهش تنش اکسیداتیو در گیاه شاهی (Lepidium sativum)، تحت سطوح مختلف تنش مس(50، 100 و 200 میکرومولار (CuSo4 مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، پراکسیداسیون لیپیدها، میزان پروتئین و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی اندازهگیری شد. نتایج نشان داد که تنش مس به تنهایی باعث افزایش میزان مالون دآلدئید، پراکسیدهیدروژن و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان کاتالاز ((CAT، آسکورباتپراکسیداز ((APX و گایاکولپراکسیداز ((GPX شد. اما تیمارهای 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات سبب بهبود پارامترهای مذکور تحت تنش مس گردید، که نشاندهنده کاهش خسارت اکسیداتیو و تأثیر متیلجاسمونات در افزایش تحمل گیاه شاهی در شرایط تنش مس میباشد.
واژههای کلیدی: آنزیمهای آنتیاکسیدان، گیاه شاهی، متیلجاسمونات، مس.
* نویسنده مسئول، تلفن: 03924223640 ، پست الکترونیکی: asadikaram_e2007@yahoo.com
مقدمه
مس عنصری کم مصرف اما ضروری برای رشد و نمو همه گیاهان میباشد (33)؛ با وجود این، مس میتواند در غلظتهای بالا برای گیاهان و جانوران باعث سمیت شود (16). مس یک فلز واسطه رودکس ضروری است و به علت داشتن حالتهای مختلف اکسیداسیونی در بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیکی شرکت میکند. ویژگیهای ردوکس2+ Cu با سمیت ذاتی آن مرتبط میباشد. چرخه ردوکس بین Cu2+ و Cu+ میتواند تولید رادیکالهای هیدروکسیل بسیار سمی را از طریق واکنش فنتون کاتالیز کند. این رادیکالها DNA ، لیپیدها، پروتئینها و سایر مولکولهای زیستی را تخریب میکنند (47). در شرایط نرمال در سلولها، سیستم دفاعی آنتیاکسیدان کارا و کافی در برابر گونههای فعال اکسیژن وجود دارد. آنزیمهای آنتی اکسیدان نقش مهمی را در سازگاری و بقای گیاهان در طی دوره تنش ایفا میکنند (14). در شرایط تنش، تشکیل ROS بیشتر از توانایی گیاه برای بر طرف کردن آن است و در نتیجه منجر به صدمات اکسیداتیو در گیاهان میشود (24). مدارک زیادی وجود دارد که نشان میدهد مقادیر مس اضافی باعث ایجاد تنش اکسیداتیو در گیاهان میشود، به طور مثال در گیاهان ذرت (5) و برنج (9) مس باعث ایجاد تنش اکسیداتیو شده است. جاسموناتها یک گروه از تنظیمکنندههای گیاهی هستند که سبب ایجاد پاسخهای متفاوتی در گیاهان میشوند و در تنشهای زیستی و غیرزیستی به صورت سریع و گذرا تجمع مییابند. جاسمونیکاسید در گیاه باعث افزایش واکنش به تحریکات خارجی مانند زخم، نیروی مکانیکی، حمله پاتوژن و تنش اسمزی میشود (34). خانواده شب بو خانواده ای شامل 300 جنس و 1500 گونه است. Lepidium یکی از جنسهای خانواده شب بو است که شامل چندین گونه است و در آب و هوای گرم رشد میکند (39). این خانواده شامل گیاهان دارویی و گیاهانی که به عنوان غذا مصرف میشوند، است. جنسLepidium کاربرد دارویی مهمی در بهبود بیماریهای آسم، تب، خونریزی، اسهال خونی، ناتوانی جنسی، ذات الریه، دل پیچه، سردرد، گلودرد، نامنظمی قاعدگی، روماتیسم، تومور رحم و سرطان سینه دارد (2). جاسموناتها (جاسمونیک اسید و متیل استر آن، متیلجاسمونات) گروه جدیدی از تنظیم کنندههای رشد گیاه محسوب میشوند که در بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیک گیاه شرکت و نقش تدافعی در گیاه ایفا میکنند (18). جاسموناتها به طور معمول در برگهای جوان، گلها و میوهها به فراوانی یافت میشوند و در پاسخ گیاه به استرسهای محیطی نقش مهمی ایفا کرده و موجب کاهش خسارتهای ناشی از تنشهای محیطی در گیاه میشوند (11). به طور معمول جاسمونیکاسید و متیلجاسمونات در مطالعات زیست شناسی مورد استفاده قرار میگیرند (20). گزارش شده که کاربرد جاسمونات در غلظت 1/0 میکرومولار باعث کاهش صدمات ناشی از سمیت سرب در نوعی عدسک آبی شده است (35). گزارشهای دیگر ازجمله تأثیر متیلجاسمونات بر کاهش خسارتهای ناشی از تنش کم آبی در ذرت (25) و همچنین اثر بر سازگاری گیاه جو به تنش شوری (44) بیانگر کارآیی ترکیب فوق در زمینه کاهش خسارتهای ناشی از تنشهای محیطی در گیاهان میباشد. این تحقیق به منظور بررسی تأثیر احتمالی متیلجاسمونات در کاهش تنش اکسیداتیو ایجاد شده توسط فلز سنگین مس در گیاه شاهی(Lepidium sativum) انجام شده است.
مواد و روشها
بذرها از مرکز تحقیقات کشاورزی کرج تهیه شد. بذرهای یکسان با سدیم هیپوکلریت 5/0 درصد به مدت یک دقیقه ضدعفونی شده و سپس دو بار با آب مقطرشستشه 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، در 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 تأمین املاح مورد نیاز گیاه، گلدانها هفتهای 3 مرتبه با محلول غذایی هوگلند 2/1 با pH تقریبی1± 7/5 بمدت 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 گردید. به منظور تهیه 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 سود 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 و بعد پارامترهای مورد نظر اندازهگیری شد. اندازهگیری مالوندآلدئید (MDA) به روش Packer وHeath (19) انجام شد. غلظت سایر آلدئیدها (پروپانال، بوتانال، هگزانال، هپتانال و پروپانال دی متیل استال) با روش Meirs و همکاران(28) انجام شد. سنجش پراکسیدهیدروژن با استفاده از روش Velikova و همکاران (43) انجام شد. برای سنجش مقدار پروتئین از روش Bradford (7) استفاده شد. برای سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز (CAT)(EC 1.11.1.6) از روش Dhindsa و همکاران(13) استفاده شد. سنجش فعالیت آنزیم پراکسیداز (POD)(EC 1.11.1.7) با استفاده از روش Plewa و همکاران (36) انجام شد. سنجش فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز (APX)(EC1.11.1.1) با روش Nakano و Asada (30) انجام گردید.
آنالیز 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 افزار SPSS تحت آنالیز واریانس یک طرفه قرار گرفتند و میانگین دادهها با آزمون دانکن مقایسه شدند. 05/0P < به عنوان اختلاف معنیدار در نظر گرفته شد.
نتایج
نتایج حاصل از مقایسه میانگین دادهها، نشان داد که غلظتهای 50، 100 و 200 میکرومولار مس به تنهایی، باعث افزایش معنیدار میزان مالون دآلدئید و سایر آلدئیدها و پراکسیدهیدروژن در مقایسه با گیاه شاهد شد. تیمار متیلجاسمونات به تنهایی، در غلظت 10 و 20 میکرومولار نیز افزایش معنیدار میزان مالوندآلدئید برگ را نسبت به گیاه شاهد نشان داد. تیمار 10 میکرومولار متیلجاسمونات و 100 میکرومولار مس، باعث کاهش معنیدار میزان آن نسبت به گیاهان در شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات شد. در بررسی تیمار توام، تیمارهای5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات با 100 میکرومولار مس باعث کاهش معنیدار مقدار سایر آلدئیدها در اندام هوایی نسبت به گیاهان شاهد گردید. البته تنها تیمار 5 میکرومولار متیلجاسمونات در غلظت 100 میکرومولار مس باعث کاهش معنیدار پراکسیدهیدروژن نسبت به شاهد شده است. تیمار مس و متیلجاسمونات هریک به تنهایی تأثیر معنیداری بر میزان پروتئینهای برگ نداشت. تیمار توام 10 میکرومولار متیلجاسمونات با غلظت های 100 و200 میکرومولار مس، باعث افزایش معنیدار میزان پروتئین نسبت به گیاهان شاهد گردید. کمترین میزان پروتئین در تیمار توام 50 میکرومولار مس و 5 میکرومولار متیلجاسمونات مشاهده شد (جدول1).
تیمار مس باعث افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز، گایاکول پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز در برگ گیاه نسبت به گیاهان شاهد شد. تیمار گیاهان با متیلجاسمونات 5 میکرومولار باعث افزایش معنیدار فعالیت کاتالاز در شرایط کنترل شد. در تیمار توام 10 و 20 میکرومولار متیلجاسمونات در غلظتهای 50 و 100 میکرومولار تغییر معنیداری در فعالیت کاتالاز نسبت به شرایط کنترل مشاهده نشده است. در حالی که نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات کاهش معنیداری داشته است. استفاده از تیمار متیلجاسمونات در برگ، باعث تغییر معنیداری در فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز در شرایط کنترل نشد. تیمار گیاهان با متیلجاسمونات 5، 10 و 20 میکرومولار باعث کاهش فعالیت آسکوربات پراکسیداز نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات گردید. تیمار متیلجاسمونات به تنهایی نیز باعث کاهش معنیداری گایاکول پراکسیداز در گیاهان شاهد شد. کاربرد متیلجاسمونات 10 میکرومولار در همه تیمارهای مس در مقایسه با گیاهان تیمار نشده با متیلجاسمونات و شاهد معنیدار بود و باعث کاهش فعالیت آنزیم گردید.
بحث
فلزات سنگین از طریق افزایش تجمع ROSو در اثر تنش اکسیداتیو حاصل از آن، منجر به تخریب ساختار غشا می شود. گونههای فعال اکسیژن منجر به پراکسیداسیون لیپیدهای غشا و تغییر در نفوذپذیری غشا (نشت یونی) و خسارت به سلول میگردند. از اینرو غشاهای زیستی آسیب دیده و قابلیت نفوذپذیری آنها مختل میشود.
جدول 1- اثر متیلجاسمونات بر برخی از پارامترهای رشد در گیاه شاهی تحت تنش مس. برای هر تیمار سه تکرار در نظر گرفته شد. مقایسه میانگینها با آزمون دانکن انجام شد، 05/0p > به عنوان اختلاف معنیدار در نظر گرفته شد. حروف متفاوت نشانه معنیدار بودن است و میانگینهای دارای حروف مشابه از نظر آماری اختلافی ندارند.
پروتئین( میکرو گرم بر گرم وزن تر) |
هیدروژنپراکسید (میکرومول بر گرم وزن تر) |
سایر آلدئیدها (نانومول بر گرم وزن تر) |
مالون دآلدئید (نانومول بر گرم وزن تر) |
مس (میکرومولار) |
متیل جاسمونات (میکرومولار) |
87/197cdef |
87/12efg |
0005/0f |
122/0g |
0 |
0 |
72/191ef |
05/20cd |
0031/0cde |
167/0ef |
50 |
0 |
48/222def |
64/23c |
0043/0abc |
204/0abc |
100 |
0 |
14/197bcdef |
03/30b |
0056/0ab |
243/0a |
200 |
0 |
35/163g |
41/14def |
0025/0de |
137/0fg |
0 |
5 |
01/160g |
48/7gh |
0031/0cde |
182/0cde |
50 |
5 |
83/203abcde |
92/4h |
0025/0de |
189/0bcde |
100 |
5 |
56/213abc |
35/12efg |
0057/0a |
215/0abc |
200 |
5 |
06/177fg |
66/14def |
0039/0abc |
206/0abcd |
0 |
10 |
64/182cdef |
01/12efg |
0043/0cde |
197/0cde |
50 |
10 |
08/219a |
12/13efg |
0025/0de |
174/0def |
100 |
10 |
35/217ab |
78/8fgh |
0027/0cde |
202/0abcde |
200 |
10 |
53/199abcde |
35/22c |
0039/0bcd |
209/0bcde |
0 |
20 |
87/195cdef |
78/18cde |
0022/0e |
224/0ab |
50 |
20 |
23/202bcdef |
05/30b |
0028/0cde |
204/0abcde |
100 |
20 |
07/214abcd |
02/39a |
0028/0cde |
219/0abc |
200 |
20 |
رادیکالهای آزاد اکسیژن با پراکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع، آلدئیدهایی مثل مالوندآلدئید را تولید میکنند که این محصولات آلدئیدی معمولا به عنوان شاخص تنش اکسیداتیو اندازهگیری میشوند (40). با افزایش غلظت فلز سنگین مس، مقدار مالوندآلدئید و محتوای سایر آلدئید در گیاهان شاهی افزایش یافته است و این نشان میدهد که تنش مس در شرایط آزمایش منجر به خسارت به غشا گردیده و پراکسیداسیون لیپیدها را افزایش داده است (جدول1). گزارش شده که افزایش مقدار مالوندآلدئید در برگهای گوجه فرنگی تحت تنش مس میتواند به دلیل آسیب دستگاه فتوسنتزی، کاهش قدرت احیاکنندگی آنتیاکسیدانها و کاهش انرژی متابولیکی سلول برای برآورده کردن نیازهای مربوطه باشد(8).
در این پژوهش مشاهده شد که کاربرد غلظتهای 5 و10 میکرومولار متیلجاسمونات در گیاهان تحت تیمار با مس، باعث کاهش محصولات پراکسیداسیون لیپیدها و در نتیجه تخفیف اثرات ناشی از تنش مس در غلظتهای 100 و 200 میکرومولار در گیاهان شاهی شد. گزارش شده که استرس کم آبی در گیاه توت فرنگی باعث افزایش محتوای مالوندآلدئید گردیده است، درحالی که تیمار این گیاهان با متیلجاسمونات به طور مؤثر از پراکسیداسیون لیپیدها و تولید MDA کاسته است. گفته شده که متیلجاسمونات با بالا نگه داشتن سطح فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیداتیو مانند کاتالاز و سوپراکسیددیسموتاز مانع اثر رادیکالهای آزاد حاصل از تنش بر غشاء گردیده است (46).
تیمار 10 و 20 میکرومولار متیلجاسمونات باعث افزایش محتوای مالوندآلدئید و سایر آلدئیدها شده است. در گیاهچههای بادام زمینی مشاهده شده است که متیلجاسمونات در غلظتهای 100 و 250 میکرومولار باعث افزایش معنیدار محتوای مالوندآلدئید در برگها و ریشههای گیاهان تیمار شده گردیده است (23). با توجه به گزارش فوق و نتایج حاصل از این تحقیق میتوان اظهار داشت که متیلجاسمونات در غلظت پایین با اثر بر سیستم دفاع آنتی اکسیدانی، باعث ممانعت از آسیب وارده به غشا در شرایط تنش مس شده است.
یکی از اثرات تنشهای محیطی افزایش تولید گونههای فعال اکسیژن و القای تنش اکسیداتیو میباشد(41). آنزیم SOD اولین خط دفاعی در برابر ROS است و باعث حذف رادیکالهای O2- و تولید H2O2 میگردد. پراکسیدهیدروژن یکی از گونههای اکسیژن فعال محسوب میشود که به سرعت در عرض غشاء منتشر میشود و باعث اختلال در فرایندهای فیزیولوژیکی گیاه میگردد (27). احیای آنیون سوپراکسید یا فعالیت برخی اکسیدازها مانند گلوکزاکسیداز و گلیکولات اکسیداز منابع اصلی تولید H2O2 در گیاهان بهشمار میرود(4). پراکسیدهیدروژن باعث اکسیداسیون گروههای SH و بازدارنده قوی چرخه کلوین است و در حضور کاتالیزورهای فلزی خاص یا کلاتههای فلزی و از طریق واکنشهای Haber- Weiss تولید رادیکال بسیار فعال OH- مینماید و سمیت خود را افزایش میدهد (41). مقدار H2O2 تولید شده در سلول نیز نشان دهنده تعادل بین تولید و تجزیه گونههای فعال اکسیژن در سلول میباشد. غلظتهای بالای H2O2 به عنوان عامل ایجاد کننده تنش اکسیداتیو به حساب میآیند (31). گزارش شده که مقادیر اضافی مس در گیاهچههای ذرت باعث افزایش معنیدار در محتوای H2O2 شده است (5). محققان دیگری اظهار داشتهاند که کاربرد متیلجاسمونات در ریشه آفتابگردان، باعث افزایش محتوای H2O2 شده است. این افزایش، 5 دقیقه پس از تیماردهی به حداکثر مقدار خود رسیده است اما با اثر متیلجاسمونات بر فعالیت آنزیمهایی مانند آسکورباتپراکسیداز و کاتالاز، مقدار H2O2 تعدیل شد (32). در حالی که در گیاه شیرین بیان، تیمار متیل جاسمونات محتوای H2O2 را افزایش داده است، بنابراین می تواند به عنوان فاکتور تنش یا مولکول انتقال دهنده پیامرسان همانند سایر تنش ها عمل کند(3). نتایج ارائه شده در این تحقیق نشان داد که در برگ گیاهانی که تحت تیمار مس بودهاند محتوای پراکسیدهیدروژن افزایش چشمگیر نشان داد که در این شرایط، تیمارهای 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات باعث کاهش معنیدار محتوای پراکسیدهیدروژن شد (جدول1)، دلیل این امر میتواند اثر متیلجاسمونات بر فعالیت آنزیم SODو آنزیمهای آنتی اکسیداتیو مهمی مانند کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز (به عنوان رباینده H2O2) باشد، در نتیجه کاهش محتوای H2O2 در برگ گیاه شاهی را سبب گردید. در این پژوهش محتوای پروتئین در گیاهان تحت تیمار مس نسبت به گیاهان شاهد تغییری نداشت. کاربرد متیلجاسمونات 10 میکرومولار در غلظت 100 و 200 میکرومولار مس افزایش معنیداری در میزان پروتئین برگ ایجاد کرده است (جدول1). گزارش شده است که در گیاهچههایacuminata Musa رشد یافته تحت تیمار مس، با افزایش غلظت مس مقدار پروتئین افزایش مییابد که این افزایش محتوای پروتئین ممکن است به علت افزایش در پروتئین باندشونده به فلز باشد(12). در مطالعهای روی گیاه Atriplex halimusتحت تیمار مس گزارش شده است که در طی 6 ساعت بعد از شروع تیمار مس، در میزان پروتئین کاهشی مشاهده شده است که احتمال می رود در نتیجه تولید رادیکالهای آزاد توسط مقادیر اضافی مس است که منجر به آسیب سلولی در سطح DNA و اندامکها ازجمله میتوکندریها یا لیزوزومها میشود، در حالی که 24 و 48 ساعت بعد از شروع تیمار مس، افزایش در میزان پروتئین مشاهده شده است که احتمالا به علت تجمع اسیدهای آمینه آزاد مانند هیستیدین، پرولین و سیستئین در بافتهای در معرض تنش فلز سنگین مانند کادمیوم میباشد (26). البته در موارد دیگر فلزات سنگین مثل مس، موجب کاهش محتوای پروتئین برگ جو شده است(17). با افزایش غلظت مس تا 400 میکرومولار محتوای پروتئین ریشه و برگ در گیاه Jatropha curcas افزایش پیدا کرد اما در غلظت 800 میکرومولار مس محتوای پروتئین کاهش پیدا کرد (17). در سطح سلولی، سمیت مس احتمالا ناشی از باند شدن به گروههای سولفیدریل پروتئین ها و در نتیجه مهار فعالیت آنزیمی یا عملکرد پروتئین و تخریب اکسیداتیو میباشد(47). مکانیسمی که مس به وسیله آن محتوای پروتئین را تحت تأثیر قرار میدهد پیچیده بوده و احتیاج به بررسی بیشتر دارد (17). Hou و همکاران (2007) نیز نتایج مشابهی را در بررسی اثر کادمیوم و مس بر عدسک آبی گزارش کردهاند. این محققان نشان دادهاند که 4 روز پس از تیمار گیاهان با مس و کادمیوم، کاهش محتوای پروتئین در گیاهان مورد آزمایش مشاهده گردید که البته اثر کادمیوم بسیار شدیدتر بوده است(21). علت این امر ایجاد تنش اکسیداتیو شدید توسط کادمیوم و صدمه به DNA ذکر شده است. گزارش شده است که کاربرد جاسمونیک اسید در گیاهچه بادامزمینی باعث تغییر در الگوی پروتئینی گردیده، به طوری که پروتئینهای 18، 21، 30، 45، 47 و 97 کیلو دالتون افزایش و پروتئینهای 22 و 36 کیلو دالتونی کاهش یافتهاند(23). از طرفی Ding و همکاران (2001) اظهار داشتهاند که متیلجاسمونات باعث القاء بیان ژن یک سری از پروتئینهای شوک گرمایی شده و از این طریق باعث افزایش مقاومت در مقابل صدمات ناشی از سرما در میوه گوجه فرنگی شده است(15). با توجه به نتایج حاصل از اثر متیلجاسمونات بر محتوای پروتئین برگ در گیاهان تحت تیمار مس احتمال داده میشود که متیلجاسمونات، از این طریق بر افزایش مقاومت گیاه در برابر خسارتهای ناشی از مس اثر بگذارد.
برای بررسی نقش آنزیم های اکسیداتیو در برابر تنش در پژوهش حاضر فعالیت آنزیمهای CAT و GPXو APX اندازهگیری شد. در این مطالعه مشاهده شد که تیمار مس باعث افزایش فعالیت این آنزیمها میگردد. همان طور که در نمودارهای 1، 2 و 3 مشاهده میشود فعالیت آنزیم کاتالاز، گایاکول پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز در گیاهانی که با متیلجاسمونات تیمار شده بودند، کاهش یافت.
نمودار 1- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر میزان فعالیت آنزیم کاتالاز برگ گیاه شاهی. برای هر تیمار سه تکرار در نظر گرفته شد. مقایسه میانگینها با آزمون دانکن انجام شد، 05/0p > به عنوان اختلاف معنیدار در نظر گرفته شد. حروف متفاوت نشانه معنیدار بودن است و میانگینهای دارای حروف مشابه از نظر آماری اختلافی ندارند.
نمودار 2- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر میزان فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز برگ گیاه شاهی. برای هر تیمار سه تکرار در نظر گرفته شد. مقایسه میانگینها با آزمون دانکن انجام شد، 05/0p > به عنوان اختلاف معنیدار در نظر گرفته شد. حروف متفاوت نشانه معنیدار بودن است و میانگینهای دارای حروف مشابه از نظر آماری اختلافی ندارند.
نمودار 3- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر میزان فعالیت آنزیم گایاکل پراکسیداز برگ گیاه شاهی. برای هر تیمار سه تکرار در نظر گرفته شد. مقایسه میانگینها با آزمون دانکن انجام شد، 05/0p > به عنوان اختلاف معنیدار در نظر گرفته شد. حروف متفاوت نشانه معنیدار بودن است و میانگینهای دارای حروف مشابه از نظر آماری اختلافی ندارند.
آنزیم کاتالاز در پراکسیزوم واقع شده و به نور حساس است، بنابراین دامنه فعالیت آن برای سمزدایی پراکسیدهیدروژن محدود است و آنزیمهای دیگری باید در سمزدایی سهیم باشند (6). گایاکول پراکسیداز نیز از دیگر آنزیمهایی است که تحت شرایط تنش در پاکسازی سلول از پراکسیدهیدروژن شرکت میکند. پراکسیدازها به عنوان آنزیم های تنش در گیاهان شناخته شده و فعالیت پراکسیداز میتواند به عنوان شاخص سمیت فلز در گونههای گیاهی تحت تیمار به کار رود (38). در این مطالعه، تیمار با مس در برگ گیاهان شاهی باعث افزایش فعالیت کاتالاز گردید که میتواند در ایجاد هومئوستازی H2O2 مؤثر باشد (نمودار1). گزارش شده که تیمار مس در گیاه ذرت باعث افزایش فعالیت کاتالاز شده است(42)، همچنین در دانهرستهای سیر(Allium sativum) رشد یافته در محیط حاوی 4-10 و 5-10 مولار مس، مشاهده شده که فعالیت کاتالاز افزایش مییابد، در حالی که سطح سمیت بالاتر Cu (3-10 مولار) فعالیت کاتالاز را مهار می کند (29). در گیاهان لوبیا تحت تیمار مقادیر اضافی مس، افزایش چشمگیری در فعالیت کاتالاز و پراکسیداز در بافت ریشه نسبت به گیاهان شاهد مشاهده شده است. افزایش فعالیت این آنزیمها در بافتهای ساقه و برگ معنیدار نبود (48). بررسی نتایج حاصل از تیمار متیلجاسمونات نشان داد که در شرایط تنش و غیرتنش، افزایش فعالیت کاتالاز تنها در غلظت 5 میکرومولار متیلجاسمونات در برگهای گیاهان مشاهده شده است (نمودار 1). در Wolffia arrhiza مشاهده شده که جاسمونات (Mµ 1/0) با افزایش فعالیت کاتالاز و کاهش پراکسیداسیون لیپیدها باعث افزایش مقاومت این گیاه در مقابله با تنش ناشی از فلز سنگین سرب گردیده است (35). گزارش شده که در گیاه آرابیدوپسیس، 7 روز پس از تیمار با متیلجاسمونات (Mµ 100) فعالیت کاتالاز حدود 58 درصد افزایش یافته است (22). همچنین Kumari و همکاران (2006) افزایش فعالیت کاتالاز در برگهای بادامزمینی تیمار شده با جاسمونیک اسید را گزارش کردهاند (23). در مطالعه حاضر تیمار با مس در برگ گیاه شاهی باعث افزایش فعالیت گایاکول پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز شد (نمودارهای 2و3). مشاهده شده که در گیاه Brassica juncea ، فعالیت آسکوربات پراکسیداز به طور چشمگیری در معرض مس افزایش مییابد (45)، همچنین مشاهده شده که تحت تیمار مقادیر بالای مس، فعالیت آنزیمهای پراکسیداز و کاتالاز در ریشهها و برگهای آفتابگردان افزایش یافت (1). در برگهای دانهرستهای ذرت تیمار شده با سولفاتمس، افزایش در فعالیت GPX و APX گزارش شده است که این افزایش فعالیت آنزیم به عنوان یک ابزار دفاعی در مقاومت به آسیب اکسیداتیو ایجاد شده توسطCu مطرح میشود (37). در بررسی اثر متیلجاسمونات بر فعالیت پراکسیدازها گزارشهایی وجود دارد. به عنوان مثال، Parra-Lobat و همکاران (2009) نشان دادهاند که متیلجاسمونات 50 میکرومولار باعث افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان مانند گایاکول پراکسیداز، آسکوربات پراکسیداز و کاتالاز در آپوپلاست و سیمپلاست ریشههای آفتابگردان شده است(32). Jung (2004) نیز گزارش کرده که کاربرد متیلجاسمونات با غلظت 100 میکرومولار در گیاه آرابیدوپسیس به مدت 7 روز باعث افزایش شدید فعالیت پراکسیداز شده است (22). همچنین افزایش فعالیت آسکوربات پراکسیداز در ریشه و ساقه گیاه کلزا تیمار شده با متیلجاسمونات گزارش شده است (10). در همین زمینه نشان داده شده که در شرایط تنش کم آبی، جاسمونات باعث افزایش فعالیت آسکوربات پراکسیداز در گیاهان ذرت مقاوم به استرس شده است (25). در اکثر موارد با به کار بردن تیمار متیلجاسمونات فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان در گیاهان تحت تنش و شاهد کاهش یافت. کاهش میزان فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدان همراه با کاهش مقدار پراکسیدهیدروژن مشاهده میشود. بنابراین به نظر میرسد متیلجاسمونات در جمع کردن گونههای فعال اکسیژن ازجمله H2O2 نقش داشته، بنابراین با کاهش مقدار گونههای فعال اکسیژن فعالیت آنزیمها در این تیمارها کاهش مییابد. براساس نتایج گزارشهای فوق و با توجه به نتایج حاصل از تحقیق انجام شده، به نظر میرسد که متیلجاسمونات با تأثیر بر فعالیت آنزیم کاتالاز و پراکسیدازها نقش مؤثری در مقابله با تنش اکسیداتیو ناشی از کاربرد مقادیر اضافی مس ایفا میکند. به طور کلی، تیمارهای مس با تأثیر بر افزایش محصولات پراکسیداسیون لیپید و پراکسیدهیدروژن باعث ایجاد خسارت در گیاهان تیمار شده گردیده است. تیمارهای 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات با اثر افزایش فعالیت برخی آنزیمهای آنتی اکسیداتیو مانند کاتالاز، آسکورباتپراکسیداز و گایاکول پراکسیداز باعث کاهش محتوای پراکسیدهیدروژن و کاهش محتوای آلدئیدها در گیاهان تحت تیمار با مس گردید. بنابراین، با وجود اینکه در مواردی غلظت 10 میکرومولار متیلجاسمونات اثر مطلوبی بر کاهش تنش ناشی از فلز مس داشت، اما به نظر میرسد که غلظت 5 میکرومولار متیلجاسمونات، بهترین غلظت جاسمونات در تخفیف اثرات مخرب ناشی از تنش مس در گیاه شاهی باشد.