Document Type : Research Paper
Abstract
This study aimed to investigate the effect of different concentrations of methyl jasmonate (0, 5, 10 and 20 μ) in plants under different levels of Cu (0, 50, 100 and 200 μ) were performed. Proline, reducing sugars and absorption of iron, zinc, magnesium and copper were measured in plants. The determination of Mg, Fe, Zn, Cu contents was performed on a model Vista MPX Varian inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy (ICP-OES) under optimized measurement condition. Our results showed that with the increase of copper concentration in the nutrient solution of copper accumulation in shoots and roots increased. Use of methyl jasmonate reduces the amount of copper in plants. The presence of large amounts of copper in the nutrient solution, iron content in roots increased while decreased in shoots. Use of methyl jasmonate reduces the amount of iron in the shoots. The magnesium content of copper stress on root crops decreased while the magnesium content was unchanged compared with controls. The rate of decline in plant roots and shoots did not change. Methyl jasmonate treatment of certain concentrations under increasing amounts of copper ions such as magnesium and zinc in the shoot.
Keywords
Main Subjects
تاثیر کاربرد متیلجاسمونات بر محتوای پرولین و جذب عناصر مس، آهن، روی و منیزیم در گیاه شاهی (Lepidium sativum) تحت سمیت مس
الهام اسدی کرم*، زهرا اسرار و بتول کرامت
کرمان، دانشگاه باهنر کرمان، دانشکده علوم گروه زیستشناسی
تاریخ دریافت: 7/2/93 تاریخ پذیرش: 12/7/93
چکیده
این پژوهش به منظور بررسی اثر غلظتهای مختلف متیلجاسمونات(0، 5، 10 و 20 میکرومولار) در گیاهانی که تحت تأثیر سطوح مختلف فلز مس (0، 50، 100 و 200 میکرومولار) قرار داشتند انجام شد. میزان پرولین، قند احیاکننده و میزان جذب آهن، روی، منیزیم و مس در گیاهان اندازهگیری شد. همچنین محتوای Mg، Cu، Fe و Zn از طریق اسپکتروسکوپی با نشر مرئی-پلاسمای جفت شده القایی(ICP-OES ) مدل Vista MPX تحت شرایط بهینه اندازه گرفته شد. نتایج نشان داد، که با افزایش غلظت مس در محلول غذایی میزان تجمع مس در اندام هوایی و ریشه افزایش مییابد. کاربرد متیلجاسمونات باعث کاهش میزان مس در گیاه شد. در حضور مقادیر زیاد مس در محلول غذایی، محتوای آهن در ریشه زیاد و در اندام هوایی کم گردید. کاربرد متیلجاسمونات موجب کاهش میزان آهن در ریشه و افزایش آن در اندام هوایی شد. در شرایط تنش مس محتوای منیزیم در اندام هوایی گیاه کاهش یافت در حالی که محتوای منیزیم ریشه نسبت به شاهد تغییری نکرد. میزان روی در ریشه گیاه کاهش یافت و در اندام هوایی تغییری نکرد. تیمار متیلجاسمونات و مس نشان داد که در برخی از غلظتها، متیلجاسمونات باعث افزایش مقدار یونها از جمله منیزیم و روی در اندام هوایی گردید. بنابراین تیمار متیلجاسمونات به طور موثری باعث کاهش تنش مس از طریق تغییر محتوای یونها در شرایط تنش در گیاه شاهی شد.
واژه های کلیدی: گیاه شاهی، متیلجاسمونات، مس
* نویسنده مسئول، تلفن: 03433222032 ، پست الکترونیکی : Asadikaram_e2007@yahoo.com
مقدمه
مس به عنوان یک کوفاکتور در فرایندهای فیزیولوژیکی مختلف سلولهای گیاهی عمل میکند که شامل انتقال الکترون در فتوسنتز، تنفس میتوکندریایی، ربایش سوپراکسید، لیگنینیشدن دیواره سلولی میباشد (9). مس یک عنصر فلزی ضروری برای تغذیه گیاه است و نقش مهمی در فرایندهای متابولیکی مختلف بازی میکند، اما می تواند در غلظتهای بالا برای گیاهان و حیوانات سمی باشد (16). غلظت معمول این فلز در بافتهای گیاهی بین 5-1 میکروگرم بر گرم وزن خشک است (21). این مقدار بسته به گونه و واریتههای مختلف متفاوت میباشد. علاوه براین مس اضافی میتواند جذب سایر عناصر غذایی را تغییر دهد (15). براین اساس، یک نشانه سمیت فلز سنگین درگیاهان، بر هم خوردن تعادل تغذیه گیاه است. برای مثال غلظت عنصر + K، Ca2+،2+ Mg و2+ Mn در اندام هوایی با افزایش غلظت Cu در محلول غذایی کاهش مییابد (27). مس به اشکال مختلفی در خاک وجود دارد. غلظت مس محلول در خاک در کل کم و بیش از 98 درصد مس محلول متصل به مواد آلی میباشد (27) و ماده آلی خاک میتواند مهم ترین عامل خاک در تعیین Cu در دسترس باشد(26). مشخص شده که سهم Cu+2 متصل به ماده آلی در محلول خاک از 37 درصد تا 95 درصد میباشد که با کاهش PH افزایش مییابد (25). مس به مقدار زیاد در اثر رسوب مواد رها شده از پسماند فاضلابها، معدنکاری، ذوب فلزات، فعالیتهای صنعتی و کاربرد گسترده آفتکشها به محیط وارد شده، غلظتهای زیاد آن به عنوان یک آلاینده دایمی در محیط محسوب میشود. مس همانند سایر فلزات سنگین از طریق ریشه و به صورت Cu2+ از محلول خاک جذب گیاه میشود (30).
گیاهان سه استراتژی را برای رشد در خاکهای آلوده به فلزات بکار میبرند (24). شامل حذفکنندهای فلز((Metal excluders، این گیاهان از ورود فلزات به بخشهای هوایی جلوگیری میکنند و یا غلظت فلزی ثابت و پایین را در گستره وسیعی از غلظتهای فلزی در خاک حفظ میکنند. اینها معمولاً فلز را در ریشههایشان محدود میکنند. این گیاهان ممکن است از طریق تغییر در نفوذپذیری غشاهایشان،تغییر در ظرفیت اتصال فلزات به دیواره سلولی و یا ترشح ترکیبات کلاتهکننده این عمل را انجام دهند(12). از راههای تحمل گیاه به فلز سنگین میتوان اتصال فلز به دیواره سلول، کاهش انتقال از میان غشاء و خروج فعال یونها را نام برد (28). معرفهای فلز(Metal indicator) ، گونههایی که به صورت فعال فلزات را در بافتهای هوایی تجمع میکنند و عموماً منعکسکننده سطح فلزات در خاک هستند. این گیاهان غلظتهای موجود از فلزات را بوسیله تولید ترکیبات درون سلولی متصلشونده به فلزات)کلاتورها( و یا تغییر کدهبندی فلزات و ذخیره سازی فلزات در بخشهای غیرحساس)واکوئل) تحمل میکنند (28). گونههای گیاهی تجمعدهنده فلزات، این گیاهان میتوانند فلزات را در بخشهای هوایی خود تا سطوح بالاتر از آنچه که در خاک وجود دارد درخودشان تغلیظ کنند. این گیاهان سطوح بالای مواد آلودهکننده را جذب کرده و آن را در ریشهها، ساقهها و یا برگها تجمع میدهند (24). جاسمونیکاسید و متیل استرهای آن که در حالت کلی به جاسموناتها معروف هستند به عنوان تنظیمکننده رشد گیاهی طبیعی جنبههای مختلف واکنش گیاهان در مقابل تنشهای محیطی را تحت تاثیر قرار میدهند (11). این مواد فرآورده نهایی اکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع همانند اسید لینولئیک میباشند که به صورت مولکولهای سیگنالی سیستمهای دفاعی گیاهان را در مقابل عوامل تنشزای محیطی فعال میکنند (34). تاثیر متیلجاسمونات بر کاهش خسارات ناشی از تنش کم آبی در توت فرنگی (36) و ذرت (18) و همچنین اثر آن بر سازگاری گیاه جو به تنش شوری (35) بیانگر کارآیی ترکیب فوق در زمینه کاهش خسارت ناشی از تنشهای محیطی در گیاهان میباشد. با توجه به تاثیر مثبت متیلجاسمونات در مقابله با تنشهای محیطی، هدف کلی از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر احتمالی متیلجاسمونات بر میزان جذب و انتقال عناصر ضروری در گیاه شاهی تحت شرایط تنش مس میباشد.
مواد و روشها
گیاه مورد مطالعه در این پژوهش، گیاه شاهی(L. sativum Lepidium) میباشد که متعلق به خانواده Brassicaceae است. بذرها از مرکز تحقیقات کشاورزی کرج تهیه شد. برای این منظور ابتدا بذرهای یکسان از نظر اندازه، با سدیم هیپوکلریت 5/0 درصد به مدت یک دقیقه ضدعفونی شده و سپس دو دفعه با آب مقطرشسته شدند. برای کشت گیاه، از گلدانهای پلاستیکی با قطر 12 سانتیمتر حاوی پرلیت استفاده شد. سپس بذرهای خیس خورده به گلدانها منتقل شدند. برای هر تیمار 3 گلدان به عنوان 3 تکرار در نظر گرفته شد. در هر گلدان دو بذر به عنوان دو نمونه کاشته شد. گلدانها پس از کشت در گلخانه، تحت شرایط نوری(16: 8) (نور/ تاریکی) با شدت نور 14 کیلولوکس، رطوبت 75 درصد و دمای(16) درجه سانتیگراد(تاریکی/ نور) قرار گرفتند و به منظور تامین املاح مورد نیاز گیاه، گلدانها هفتهای 3 مرتبه با محلول غذایی هوگلند 2/1 با pH تقریبی1± 7/5 مدت 3 هفته آبیاری شدند. پس از اینکه گیاهان به رشد کافی رسیدند(مرحله سه جفت برگی)، به مدت دو هفته به صورت یک روز در میان، تیمارهای مس و جاسمونات به طور همزمان اعمال شد. به منظور تهیهی محلولهایی با غلظتهای 0، 50، 100 و 200 میکرومولار مس، مقدار مناسبی از سولفات مس به محلول هوگلند اضافه گردیده و pH محلولها با استفاده از اسیدکلریدریک و پتاس یک میلیمولار تنظیم شد. محلولها به صورت یک روز در میان به حجم 50 میلی لیتر به گلدانها اضافه و در فواصل بین تیمارها به منظور مرطوب نگه داشتن خاک و ممانعت از تجمع بیش از حد نمک در گلدانها از آب مقطر استفاده میشد. محلولپاشی گیاهان توسط متیلجاسمونات نیز با غلظتهای 0، 5، 10 و20 میکرومولار همزمان با تیمار محلولهای مس شروع و به مدت دو هفته ادامه داشت. پس از گذشت دو هفته نمونهها برداشت شدند. برای سنجش میزان آسیب به غشا، میزان نشت یونی از روش(8)Ben Hamed و همکاران استفاده شد. اندازهگیری مقدار قندهای احیاکننده از روش(29) Somogy- Neslonانجام شد. برای اندازهگیری پرولین از روش(7) Bates و همکاران استفاده شد.
سنجش میزان عناصر مس، آهن، روی و منیزیم در اندام هوایی و ریشه با دستگاه ICP Induced Coupled Plasma)): به منظور اندازهگیری یونهای فوق از دستگاهICP استفاده شد. در این روش 125/0 گرم از بافت خشک ریشه و ساقه به صورت جداگانه به 5 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ اضافه گردید. سپس به مدت بیش از 24 ساعت در زیر هود قرار داده تا هضم اسیدی شوند. سپس در زیر هود حرارت داده شده تا بخارات اسیدی از آن خارج شود. در نهایت، حجم محلول به 50 میلی لیتر رسانده و از کاغذ صافی عبور داده شد. از محلول شفاف رویی جهت اندازهگیری مقدار یون مورد نظر در دستگاه ICP استفاده گردید.
تحلیل آماری: این تحقیق در قالب یک طرح فاکتوریل کاملاً تصادفی انجام شد. برای هر تیمار سه تکرار در نظر گرفته شد. دادههای حاصل از اندازهگیری پارامترها، با استفاده از نرم افزار16.0 SPSS تحت آنالیز واریانس یکطرفه قرار گرفتند و میانگین دادهها با آزمون دانکن مقایسه شدند. 05/0P < به عنوان اختلاف معنیدار در نظر گرفته شد.
نتایج
تیمار مس باعث افزایش معنیدار میزان نشت یونی نسبت به شاهد گردید، همچنین تیمار متیلجاسمونات به تنهایی، موجب افزایش درصد نشت یونی نسبت به گیاه شاهد شد. در تیمار توام مس و متیلجاسمونات، غلظت 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات، باعث کاهش معنیدار نشت یونی در غلظت 100 میکرومولار مس، نسبت به شرایط تیمار مس بدون متیلجاسمونات شد.
نمودار1- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر درصد نشت یونی گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p > اختلافی ندارند.
نتایج نشان داد که، تنش مس باعث افزایش مقدار قند در برگ در مقایسه با نمونه شاهد شد. کاربرد متیلجاسمونات به تنهایی، اثر معنیداری بر مقدار قند برگ نداشته است، اما غلظتهای 5 و10 میکرومولار متیلجاسمونات، مقدار قند را در تیمار غلظتهای 50 و 100 میکرومولار مس نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات کاهش داده است.
نمودار2- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر میزان قند احیاکننده در برگ گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p > اختلافی ندارند.
در اندازهگیری مقدار پرولین برگ مشاهده شد که، تیمار گیاهان با 100 و200 میکرومولار مس باعث افزایش معنیدار مقدار پرولین در مقایسه با گیاهان شاهد گردید. تیمار متیلجاسمونات به تنهایی، تغییر معنیداری نسبت به شاهد نداشت. در گیاهان تحت تیمار غلظتهای 50 و 100 میکرومولار مس، تیمار 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات باعث کاهش معنیدار محتوای پرولین برگ نسبت به گیاهان شاهد و گیاهان در شرایط تنش بدون جاسمونات گردید (نمودار3).
نمودار 3- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر میزان پرولین برگ گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p > اختلافی ندارند.
نتایج حاصل از اندازه گیری میزان عناصر در اندام هوایی و ریشه گیاه شاهی: میزان تجمع فلز مس در اندام هوایی و ریشه: میزان تجمع فلز مس در اندام هوایی و ریشه با افزایش غلظت مس در محلول غذایی افزایش یافت. تیمار متیل جاسمونات به تنهایی، تأثیر معنیداری بر محتوای مس در اندام هوایی و ریشه نداشت، تیمارهای توام مس و متیلجاسمونات باعث کاهش محتوای مس در اندام هوایی نسبت به گیاهان تحت تنش بدون تیمار متیلجاسمونات شدند(جدول1). تیمار متیلجاسمونات به تنهایی، باعث کاهش محتوای مس در ریشه شد. در گیاهان تحت تنش مس تیمارهای 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات، باعث کاهش میزان تجمع مس در ریشه نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات شد(جدول2).
میزان تجمع فلزآهن در اندام هوایی و ریشه: تیمار مس به تنهایی، تاثیر معنیداری بر تجمع میزان آهن در اندام هوایی نداشت. تیمار متیل جاسمونات به تنهایی، باعث افزایش محتوای آهن در اندام هوایی شد که این افزایش، تنها در غلظت 20 میکرومولار متیلجاسمونات نسبت به گیاهان شاهد معنیدار است. در بررسی تیمار توام، تیمار10 و 20 میکرومولار متیلجاسمونات در تمام غلظت های مس به کار برده شده، باعث افزایش میزان آهن در اندام هوایی و کاهش این میزان در ریشه گیاهان گردید.
میزان تجمع منیزیم در اندام هوایی و ریشه: تیمارهای مس به تنهایی، میزان منیزیم در اندام هوایی کاهش یافت در حالی که در شرایط کاربرد مس، برخی تیمارهای متیلجاسمونات باعث افزایش میزان منیزیم در اندام هوایی گردید(جدول1). تیمار مس به تنهایی، تاثیر معنیداری بر تجمع میزان منیزیم در ریشه نداشت. تیمار 5 و 20 میکرومولار متیلجاسمونات به تنهایی، باعث افزایش معنیدار محتوای منیزیم ریشه نسبت به شاهد گردید. در تیمار 100 و 200 میکرومولار مس، غلظت 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات تأثیر معنیداری بر میزان منیزیم ریشه نداشت در حالی که، تیمار 20 میکرومولار متیلجاسمونات میزان منیزیم را به طور معنیداری کاهش داد. (جدول2)
جدول1- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر میزان تجمع عناصر ضروری گیاه (مس، آهن، منیزیم و روی) در اندام هوایی گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p > اختلافی ندارند.
متیل جاسمونات (میکرومولار) |
سولفات مس (میکرومولار) |
Cu (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
Fe (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
Mg (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
Zn (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
0 |
0 |
003/0c |
0190/0 e |
351/55 cd |
0105/0 b |
0 |
50 |
1086/0 b |
0074/0 e |
565/60 bcd |
0251/0 b |
0 |
100 |
1866/0 ab |
1175/0bcde |
855/42 de |
0000/0 b |
0 |
200 |
2002/0 a |
0000/0e |
437/34 e |
0348/0 b |
5 |
0 |
0000/0 c |
0892/0 bcde |
205/61bcd |
6810/0 b |
5 |
50 |
0027/0 c |
0446/0 de |
111/61 bcd |
1280/0 a |
5 |
100 |
1158/0 b |
2010/0 abc |
784/83a |
1691/0 a |
5 |
200 |
0747/0 bc |
0912/0 bcde |
783/61 bcd |
1079/0 ab |
10 |
0 |
0240/0c |
1037/0bcde |
482/59 bcd |
0448/0 b |
10 |
50 |
0277/0 c |
1854/0 abc |
069/59 bcd |
1403/0 a |
10 |
100 |
0624/0bc |
1571/0 abcd |
494/60 bcd |
1231/0 a |
10 |
200 |
1042/0 b |
2584/0 a |
422/68abc |
0950/0 ab |
20 |
0 |
0377/0 c |
2130/0ab |
485/56cd |
0661/0 b |
20 |
50 |
0353/0 c |
1771/0 abc |
682/60bcd |
0373/0 b |
20 |
100 |
0549/0 c |
2818/0 a |
333/77 ab |
0254/0 b |
20 |
200 |
0846/0 bc |
1746/0 abc |
343/66abc |
0434/0 b |
میزان تجمع روی در اندام هوایی و ریشه: تیمار مس و متیلجاسمونات هر کدام به تنهایی، تاثیر معنیداری برتجمع میزان روی در اندام هوایی در مقایسه با شاهد نداشتند. تیمارهای 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات در غلظتهای 50 و 100 میکرومولار مس، میزان روی را در اندام هوایی گیاه نسبت به گیاه شاهد افزایش داد(جدول1). تیمار مس به تنهایی، باعث کاهش معنیدار میزان تجمع روی در ریشه گیاه در مقایسه با شاهد شد. تیمار متیلجاسمونات به تنهایی در برخی از غلظتها، باعث کاهش معنیدار میزان روی در ریشه شد. در تیمار توام مس و متیلجاسمونات، غلظت 5 و 10 میکرومولار متیلجاسمونات در غلظتهای 50، 100 و 200 میکرومولار مس، باعث افزایش معنیدار میزان روی در اندام هوایی نسبت به شرایط تنش بدون تیمار جاسمونات گردید، که بیشترین میزان تجمع روی در ریشه در تیمار 10 میکرومولار متیلجاسمونات و 100 میکرومولار مس مشاهده شد(جدول2).
جدول2- اثر تیمار متیلجاسمونات و مس بر میزان تجمع عناصر ضروری گیاه (مس، آهن، منیزیم و روی) در ریشه گیاه شاهی. براساس آزمون دانکن، حروف متفاوت نشانه معنی دار بودن و میانگین های دارای حروف مشابه از نظر آماری در سطخ 05/0p > اختلافی ندارند.
متیل جاسمونات (میکرومولار) |
سولفات مس (میکرومولار) |
Cu (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
Fe (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
Mg (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
Zn (میلی گرم بر گرم وزن خشک) |
|
0 |
0 |
1045/0 cde |
1795/0 cd |
1170/65 bc |
1470/0 ab |
|
0 |
50 |
1774/0 abc |
1991/0 bc |
0320/58 bc |
0247/0 fg |
|
0 |
100 |
2237/0 ab |
2014/0 abc |
7180/54 c |
0159/0 g |
|
0 |
200 |
2402/0 a |
2441/0 a |
4980/65 bc |
0350/0 efg |
|
5 |
0 |
0000/0 g |
1284/0 e |
3200/82a |
0582/0 cdefg |
|
5 |
50 |
0983/0 def |
2001/0 bc |
7500/61 bc |
1108/0 bc |
|
5 |
100 |
1493/0 bcd |
1617/0 cde |
9990/75 bc |
1097/0bc |
|
5 |
200 |
1132/0cde |
1914/0 bcd |
6290/56 c |
0987/0 bcd |
|
10 |
0 |
0360/0 efg |
1618/0 cde |
9950/67 b |
0959/0 bcd |
|
10 |
50 |
0616/0 efg |
1782/0 cd |
3300/43 d |
0832/0cde |
|
10 |
100 |
0800/0 def |
1013/0 e |
|
7420/61bc |
1832/0 a |
10 |
200 |
0752/0 defg |
1376/0 e |
|
0890/56c |
0974/0 bcd |
20 |
0 |
0208/0 fg |
1753/0 cde |
|
5850/83 a |
0810/0cde |
20 |
50 |
0373/0 efg |
1508/0de |
|
5030/63 bc |
0695/0 cdef |
20 |
100 |
1931/0 ab |
0735/0 f |
|
9200/35 d |
0652/0 cdefg |
20 |
200 |
2186/0 a |
0478/0f |
|
8340/28 d |
0477/0 defg |
بحث
فلزات سنگین از طریق افزایش تجمع ROSو در اثر تنش اکسیداتیو حاصل از آن، منجر به تخریب ساختار غشا میشود. گونههای فعال اکسیژن منجر به پراکسیداسیون لیپیدهای غشا و تغییر در نفوذپذیری غشا (نشت یونی) و خسارت به سلول میگردند. لذا غشاهای زیستی آسیب دیده و قابلیت نفوذپذیری آنها مختل میشود. همین امر باعث نشت الکترولیتها به خارج سلول میشود. در این پژوهش غلظتهای 5 و 10میکرومولار متیلجاسمونات باعث کاهش نشت یونی در شرایط سمیت مس شده است، که نشاندهنده اثر مطلوب این غلظتها بر کاهش تنش ناشی از سمیت مس میباشد(نمودار1). به طور کلی نشت غشایی ایجاد شده توسط مس، به عنوان یک نتیجه از آسیب غشا سلول در Rumex dentatus گزارش شده است (20). در این پژوهش تیمار مس، میزان قند احیاکننده در گیاه را افزایش داد در حالیکه تیمارهای 5 و 10 میکرومولار توانست در غلظت 50 و 100 میکرومولار مس این میزان را نسبت به گیاهان تیمار شده با مس در فقدان متیلجاسمونات، کاهش دهد. در مورد اثر تنش فلز سنگین گزارش شده است که در گیاهچههایacuminata Musa، با افزایش غلظت مس، محتوای قند در اندام هوایی گیاهان تحت تیمار افزایش یافته است که احتمال میدهد تنش ناشی از مس را خنثی کند (13). محتوای قند گیاه ارتباط مستقیم با میزان فتوسنتز دارد. غلظت اضافی مس، باعث تغییر ارتباط مخزن- منبع میشود که این مسئله منجر به تجمع قندها و کاهش فتوسنتز و در نهایت کاهش رشد میگردد (32).
در زمینه بررسی اثرات متیلجاسمونات بر محتوای قند، گزارش شده است که کاربرد متیلجاسمونات در گیاه صنوبر اثری بر فتوسنتز و میزان قندهای محلول برگ نداشته است اما بر سرعت انتقال و کوتاه کردن زمان انتقال فرآوردههای فتوسنتزی به ساقهها و ریشهها موثر بوده است (5). مشاهده شده است که در برگهای برنج تحت تیمار متیلجاسمونات(Mµ 45)، 48 ساعت پس از شروع تیماردهی، محتوای قندهای ساکارز و گلوکز کاهش یافته است (9). این محققین اظهار کردهاند که قندهای ساکارز و گلوکز به عنوان سوبستراهای تنفسی در برگهای برنج به شمار میروند. مشاهده شده است که، پیشتیمار جاسمونات باعث افزایش سطح فرآوردههای فتوسنتزی در گیاه جو تحت تنش شوری گردیده است. این دانشمندان اظهار داشتند که تیمار جاسمونات باعث افزایش نسخهبرداری زیر واحد کوچک روبیسکو در گیاهان تیمار شده گردیده است. بنابراین به دلیل تعدیل در کاهش میزان فتوسنتز و فرآوردههای فتوسنتزی میتوان نقش جاسموناتها را در ایجاد مقاومت گیاه در برابر استرس موثر دانست (35). یکی از راههای مقابله با تنشهای محیطی نظیر شوری و خشکی سنتز ترکیبات سازگاز و محافظ اسمزی میباشد که پرولین از جمله این ترکیبات به شمار میرود. پرولین در حفظ تعادل آب، حفظ ثبات پروتئینها، حفظ ساختار سه بعدی پروتئینها و آنزیمها، تثبیت غشاها و دستگاه سنتز پروتئین، ذخیره کربن و نیتروژن برای رشد بعد از رفع تنش، کاهش خطرات حاصل از تولید ROS، جاروب کردن رادیکالهای هیدروکسیل، خاموش کردن اکسیژن یکتائی و تنظیم pH سلولی نقش دارد (33). گیاهان برنج ترانسژنی که مقدار پرولین بیشتری را تجمع میدادند در شرایط تنش دارای رشد بهتری بودند (31). نتایج حاصل از سنجش پرولین در گیاه شاهی نشان داد که تیمار مس باعث افزایش مقدار پرولین شد. تیمار متیلجاسمونات به تنهایی تاثیر معنیداری بر مقدار پرولین در برگ گیاه شاهی نداشت (نمودار3). در بررسی اثر مس بر میزان پرولین در برگ و ریشه دو رقم از گیاه کلزا مشاهده شد که میزان پرولین در ریشه و برگ افزایش یافت که این افزایش در ریشه چشمگیرتر از ساقه بود. تجمع پرولین در گیاه تحت تنش مس میتواند به عنوان یک شاخص زیستی برای نقش فلز سنگین باشد (2). همچنین گزارش شده که تیمار متیلجاسمونات باعث افزایش محتوای پرولین در گیاه جو نشده است (6). نتایج به دست آمده در این بررسی نشان میدهد که متیلجاسمونات میتوانند از طریق تاثیر بر محتوای پرولین به طور موثری باعث افزایش مقاومت گیاه شاهی در برابر سمیت مس و کاهش اثرات تنش ناشی از سمیت شود. در پژوهش حاضر، با افزایش غلظت مس در محلول غذایی میزان تجمع مس در اندام هوایی و ریشه افزایش یافت. در غلظت زیاد مس مشاهده شده که محتوای مس ریشه گیاهان لوبیا(Phaseolus vulgaris) و بسیاری از گیاهان دیگر افزایش پیدا میکند. بیشتر فلزات سنگین میتوانند از ریشه به ساقه حرکت کنند. بعضی از گیاهان مقاوم به مس به وسیله نگهداری Cu در ریشه از رسیدن Cu به ساقه و برگها جلوگیری میکنند. محدودیت انتقال مس به ساقه و برگها به عنوان یک مکانیسم مقاومت به مس در گیاهان مطرح میباشد (39). از عوامل تأثیرگذار در تجمع فلز در بخشهای مختلف گیاه انتقال یونهای فلزی به اندام هوایی درون آوند چوب، توسط انتقال تودهای آب، در اثر تبخیر میباشد (37). در شرایطی که مقدار فلز زیاد باشد تعرق میتواند در جابجایی یونهای فلزی نقش بیشتری اعمال کند (26). بنابراین میزان تعرق، وضعیت آبی گیاه، ترکیب، pH و پتانسیل احیائی شیره خام میتواند مقدار و تحرک یونهای مس را در آوند چوب و در نتیجه میزان تجمع آن را در بخشهای مختلف گیاه، تحت تأثیر قرار دهد (19). البته این احتمال نیز وجود دارد که گیاه شاهی با ممانعت سلولی فلز مس در فضای آپوپلاست ریشه از ورود بیشتر این فلز به درون سیتوزول جلوگیری کرده و در نتیجه انتقال آن را به اندام هوایی کاهش داده است. به همین دلیل یک جزء گسترده فلزات در ریشه گیاهان در فضای آزاد آپوپلاستی یافت میشود. بارگیری فلزات در برگهای پیر و ریزش برگهای پیر در بسیاری از گونههای تحت تنش فلز دیده شده است (26). احتمالاً مقدار بیشتری از فلز مس در برگهای پایینتر گیاه شاهی، بخصوص برگ لپهای تجمع پیدا کرده و به برگهای بالاتر منتقل نشده است که میتواند یکی از دلایل کاهش فلز مس در برگهای بالایی گیاه باشد. مس تمایلی به تجمع در اندام هوائی ندارد و احتمالاً به دلیل وجود مکانیسمهای مقاومت به مس در ریشه، غلظت مس در بافت ریشه بصورت خطی با افزایش غلظت آن در محلول غذائی افزایش یافته است (27). مس موجود در ریشهها یا کورتکس بیشتر به صورت متصل به دیواره سلولی است (9). با توجه به گزارش ارائه شده مبنی بر اثر جاسمونیکاسید در افزایش نسخه برداری ژنهای کدکننده گلوتاتیون احیا شده در گیاه آرابیدوپسیس (38) و از طرفی نقش GSH در مسیر بیوسنتز فیتوکلاتینها در سلولهای ریشه، تا حدودی میزان سمیت کادمیوم در سلول کاهش یافته و از انتقال آن به برگ جلوگیری گردیده است (10). در تحقیق انجام شده روی کاربرد متیلجاسمونات در گیاه سویا تحت تنش کادمیوم مطرح شدکه احتمالا متیلجاسمونات به همین طریق باعث افزایش تجمع کادمیوم در ریشه و کاهش انتقال آن به برگ گردیده باشد (3). در این پژوهش با کاربرد متیلجاسمونات مشاهده شده که محتوای مس در اندام هوایی و ریشه به ویژه در غلظت 20 میکرومولار کاهش مییابد که ممکن است متیلجاسمونات از همین طریق در کاهش محتوای مس در ریشه گیاه شاهی شرکت کند. علائمی مانند کلروز برگی در گیاه پونه کوهی رشد یافته در خاکهایی با غلظتهای بالای مس مشاهده شده است که این علائم به دلیل کمبود منیزیم یا آهن نیست. مشاهده شده است که همراه با افزایش غلظت مس در خاک، محتوای مس در برگ این گیاه افزایش مییابد و در میزان منیزیم یا آهن برگ کاهشی مشاهده نمیشود (22). نتایج بدست آمده از پژوهش حاضر نشان داد که در حضور مقادیر زیاد مس در محلول غذایی، محتوای آهن در ریشه زیاد و در اندام هوایی کم میگردد که این نشان میدهد، احتمالا مس موجب کاهش انتقال آهن از ریشه به اندام هوایی گیاه شاهی شده است. براین اساس، گزارشات زیادی از گیاهانی که تحت سمیت مس رشد کردند وجود دارد که اثر آنتاگونیست مس و آهن را نشان میدهند. برای مثال، در برنج غلظت آهن به طور معنیداری در اندام هوایی گیاهانی که تحت شرایط سمیت مس بودند کاهش یافته است (14). با این حال اثر سینرژستیک مس و آهن در گیاه گندم مطرح شده، به طوری که با افزایش غلظت مس در محلول غذایی، میزان آهن در گیاه افزایش یافت (17). در پژوهش انجام شده، بررسی نتایج نشان داد که کاربرد متیلجاسمونات موجب کاهش میزان آهن در ریشه و افزایش آن در اندام هوایی میگردد، که این نشان میدهد احتمالا متیلجاسمونات موجب افزایش انتقال آهن از ریشه به اندام هوایی میشود و از این طریق میتواند آهن مورد نیاز برای سنتز کلروفیل را فراهم کند. مس میتواند جذب منیزیم که یک ماده معدنی اساسی برای متابولیسم فتوسنتز و بارگیری آوند آبکش است را مهار کند. تنش مس محتوای منیزیم را در برگ خیار کاهش داده است، با توجه به اینکه منیزیم نقش کلیدی در تشکیل ریبولوز 1 و5 بیس فسفات کربوکسیلاز در استرومای کلروپلاست دارد (23)، این میتواند کاهش نرخ ثتبیت کربن و فتوسنتز را توجیه کند (4). در این پژوهش، در شرایط تنش مس محتوای منیزیم در اندام هوایی گیاه کاهش یافت در حالی که محتوای منیزیم ریشه نسبت به شاهد تغییری نکرد. در این شرایط میزان روی در ریشه گیاه کاهش یافت و در اندام هوایی تغییری نکرد. تیمار متیلجاسمونات تحت تنش مس در برخی از غلظتها باعث افزایش مقدار یونها از جمله منیزیم و روی در اندام هوایی گردید. از آن جایی که در این پژوهش در شرایط تنش مس، کاهش میزان قند و رنگیزههای فتوسنتزی مشاهده گردید و رشد اندام هوایی کاهش یافت، احتمالا کاهش اسکلت کربنی منجر به کاهش قدرت جذب یونها توسط ریشه شده است و تیمار متیلجاسمونات با سنتز فیتوکلاتین میزان فلز مس را در گیاه کاهش میدهد که باعث تخفیف تنش شده و رشد و تغذیه گیاه را تحت تاثیر قرار میدهد، رقابت بین جذب مس و سایر عناصر مانند منیزیم و روی از بین میرود و در نتیجه باعث افزایش میزان منیزیم و روی در گیاه میشود.
نتیجهگیری کلی: در این پژوهش سطوح سمیت مس، جذب و میزان عناصر مس، آهن، روی و منیزیم در اندام هوایی و ریشه گیاه شاهی را تغییر داد و باعث بر هم خوردن تعادل غذایی در گیاه شد. در حالی که تیمار متیلجاسمونات با تاثیر بر میزان این عناصر در اندام هوایی و ریشه گیاه شاهی تا حدودی توانست باعث بهبود تغذیه و رشد گیاه شود و بنابراین تنش ناشی از مس را تخفیف دهد.