Document Type : Research Paper
Author
Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
Abstract
In order to study the effect of three types of superabsorbent polymers on biochemical characteristics of basil cultivar Keshkeni luveluo under salinity stress, an pot experiment was conducted at the research greenhouse of Ferdowsi University of Mashhad as factorial based on completely randomized design with four levels of salinity (0, 40, 80 and 120 mM NaCl in irrigation water) and four levels of superabsorbent polymers included (control, Ackoasorb, Stockosorb and Terracottem) in three replications in 2017. In first harvesting time chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoid and total chlorophyll increased by using Terracottem 29.48, 25.20, 17.24 and 10.84 percent, respectively. At the same salinity, antioxidant activity decreased 18.25 percent with the use Stockosorb and total phenol decreased 26.31 percent by using Terracottem; proline decreased 50 percent by Ackoasorb and RWC increased 13 percent by Ackoasorb superabsorbent polymers application. In second harvesting time chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoid and total chlorophyll increased by using Terracottem 22.58, 34.78, 10.71 and 26.66 percent, respectively. RWC increased 22.06 percent by Ackoasorb superabsorbent polymers application. Antioxidant activity, total phenolic and proline content by using Terracottem and soluble carbohydrate with the use Stockosorb and electrolyte leakage by using Ackoasorb decreased 19.93, 7.81, 44.77, 39.13 and 26.02 percent, respevtively. The results of this study showed that Terracottem was more effective than the other supearabsorbents. So that the use of this super absorbent is recommended in salt stress condition.
Keywords
بررسی پاسخ مورفوفیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ریحان رقم ’کشکنی لولو‘ به تنش شوری و کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب
سارا فرسرایی و محمد مقدم
ایران، مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی، گروه علوم باغبانی و مهندسی فضای سبز
تاریخ دریافت: 13/2/1398 تاریخ پذیرش: 4/6/1398
چکیده
ریحان با نام علمی (Ocimum basilicum L.)یکی از گیاهان مهم متعلق به تیره نعنائیان (Lamiacea) میباشد که بعنوان گیاه دارویـی، ادویهای و همچنین بصورت سبزی تازه مورد استفاده قرار میگیرد. پلیمرهای سوپرجاذب ترکیباتی آلی بوده که قادرند تا چندین برابر حجم یا وزن خود آب جذب کنند بدون آن که ساختار فیزیکی آنها تغییر کند و اثرات ناشی از تنش را کاهش میدهند. هدف از این تحقیق بررسی پاسخ مورفوفیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ریحان رقم کشکنی لولو به تنش شوری و کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب میباشد. بدین منظور آزمایشی گلدانی بصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل 4 سطح شوری آب آبیاری (صفر، 40، 80 و 120میلیمولار کلرید سدیم) و 4 سطح پلیمرسوپرجاذب (عدم کاربرد، آکوازورب (Ackoasorb) ، تراکوتم(Terracottem) و استاکوزورب(Stockosorb) ) بودند. نتایج نشان داد که بیشترین میزان بیوماس تر و خشک در هر دو چین برداشت در تیمار بدون شوری و کاربرد تراکوتم مشاهده شد. در چین اول برداشت در شوری 120 میلیمولار محتوای نسبی آب برگ، کلروفیل a، کلروفیل b، کارتنوئید و کلروفیل کل بهترتیب با کاربرد تراکوتم 97/12، 48/29، 20/25، 24/17 و61/27 درصد نسبت به شاهد افزایش یافت و با کاربرد استاکوزورب فعالیت آنتیاکسیدانتی 45/18 درصد، با کاربرد تراکوتم فنل کل 31/26 درصد و با کاربرد آکوازورب پرولین 50 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت و در چین دوم برداشت در شوری 80 میلیمولار کلروفیل a، کلروفیل b، کارتنوئید و کلروفیل کل با کاربرد تراکوتم و محتوای نسبی آّب برگ با کاربرد آکوازورب بترتیب 58/22، 78/34، 24، 31 و 06/22 درصد نسبت به شاهد افزایش و فعالیت آنتیاکسیدانتی، فنل کل و پرولین با کاربرد تراکوتم، کربوهیدرات محلول با کاربرد استاکوزورب و نشت الکترولیت با کاربرد آکوازورب بترتیب 93/19، 81/7، 13/39، 77/44 و02/26 درصد نسبت به شاهد کاهش نشان دادند. نتایج این تحقیق نشان داد در شرایط تنش شوری کاربرد سوپرجاذبها بخصوص تراکوتم توانست صفات مورد مطالعه در این تحقیق را بهبود بخشند.
واژههای کلیدی: ریحان، رنگیزههای فتوسنتزی، فعالیت آنتیاکسیدانتی، کلرید سدیم
* نویسنده مسئول، تلفن: 09155594128، پست الکترونیکی: m.moghadam@um.ac.ir - moghaddam75@yahoo.com
مقدمه
ریحان (Ocimum basilicum L.)یکی از گیاهان دارویی و ادویهای ارزشمند است. این گیاه یکساله، علفی و متعلق به خانواده نعنائیان (Lamiaceae) است که با توجه به شرایط محل رویش دارای 5/0 تا 5/1 درصد اسانس میباشد. ریحان بصورت سنتی از قدیم در درمان آسم، سرفه و سرماخوردگی کاربرد دارد و همچنین دارای اثرات آرامبخشی و اشتهاآوری بوده و افزایش دهنده شیر مادران میباشد (1).
ایران دارای سطحی حدود 8/6 میلیون هکتار اراضی شور است که این وسعت از اراضی شور سبب شده تا ایران بعد از هند و پاکستان در صدر کشورهای در معرض تهدید تنش شوری قرارگیرد (40). شوری ناشی از عوامل اولیه و ثانویه میباشد که از عوامل اولیه میتوان به نفوذ آب شور دریا در امتداد سواحل، وجود دریاچههای نمکی و تبخیر آنها و برجای ماندن املاح، فرسایش سنگها و غیره اشاره کرد. از عوامل ثانویه میتوان به فعالیتهای انسانی از جمله سیستمهای نامناسب آبیاری، استفاده از آبهای بی کیفیت، نبود زهکش مناسب اشاره نمود که وجود این نمک در خاک سبب ایجاد تنش اسمزی و بر هم زدن تعادل یونی شده و از این طریق برای رشد گیاه محدودیتهایی ایجاد میکند و سبب کاهش عملکرد آن میشود (48). مکانیسمهای بیولوژیکی اصلی که گیاهان در درجات مختلف تنش شوری بکار میگیرند عبارتند از: تنظیم اسمزی (تحمل)، جداسازی یونهای نامطلوب و انباشته نمودن آنها در قسمتهای خاصی از سلول (اجتناب) و جلوگیری از ورود املاح بداخل گیاه (اجتناب). اجتناب از شوری میتواند از طریق غیرفعال کردن یونها به دلیل نفوذناپذیری غشاء، دفع یونها بصورت انتقال فعال و یا رقیق کردن آنها از طریق رشد سریع همراه با افزایش مقدار آب صورت گیرد (20). اثرات منفی تنش شوری میتواند بسته بشرایط آب و هوایی، شدت نور، گونههای گیاهی و شرایط خاک متفاوت باشد (54). تنش شوری علائمی بسیار مشابه تنش کم آبی دارد و مشابه آن باعث افزایش گونههای فعال اکسیژن، مثل (O2-)، پراکسید هیدروژن (H2O2) و (OH-) میشود و همچنین به غشاء و ماکرومولکولهایی مثل پروتئینها، DNA، لیپیدها و رنگیزههای فتوسنتزی خسارت وارد میکند (32). مون بوش و همکاران (43) بیان داشتند که پتانسیل آب گیاه رابطه نزدیکی با محتوای نسبی آب برگ دارد و با کاهش پتانسیل آب خاک در شرایط شوری، پتانسیل آب گیاه و در نتیجه محتوای نسبی آب برگ کاهش مییابد. در چنین شرایطی برخی از ترکیبهای داخلی گیاه به میزان قابل توجهی افزایش پیدا میکنند (30). این ترکیبات که بصورت منفرد یا همراه با یکدیگر بمنظور کمک به تنظیم اسمزی در شرایط کاهش آب سلول ذخیره میشوند، محلولهای سازگار نامیده میشوند (44). از جمله این ترکیبات میتوان به پرولین و قندهای محلول اشاره نمود (10). بررسیها نشان میدهد که تنش شوری موجب افزایش پرولین و قند در گیاه آویشن دنائی (21) و افزایش نشت الکترولیت و پرولین و در مقابل کاهش کلروفیل در ریحان (17) میشود. این افزایش در واقع نوعی سازوکار دفاعی است که از طریق جلوگیری از تخریب آنزیمها، حفظ و سنتز پروتئینها و همچنین تنظیم اسمزی باعث کاهش خسارت وارده به گیاه میشود (34). علت افزایش قند در گیاه تحت تنش نیز این است که این مواد هم مانند پرولین از اسمولیتهایی میباشند که سبب محافظت اسمزی گیاه میشوند و مقاومت آن را به شوری افزایش میدهند (50). در هنگام تنش شوری تولید ترکیبات فنلی نیز افزایش مییابد که این ترکیبات آنتیاکسیدانهای نیرومند در بافت گیاهی هستند و توان جاروب کردن رادیکالهای آزاد اکسیژن را دارند و از ایجاد تنش اکسیداتیو جلوگیری میکنند (23). بررسیهای گذشته همچنین نشان داد که تنش شوری موجب کاهش رنگیزههای فتوسنتزی و افزایش کربوهیدرات محلول، فعالیت آنتیاکسیدانتی و فنل کل در گیاه آویشن دنائی (Thymus daenensis Celak) (21) و مرزه خوزستانی (Satureja khuzestanika L.) (2) شد.
پلیمرهای سوپرجاذب ترکیباتی آلی هستند که قادرند چندین برابر حجم یا وزن خود آب جذب کنند بدون آن که ساختار فیزیکی آنها تغییر کند و در مواقع لزوم این آب را در اختیار گیاه قرار میدهند (28) و سرانجام پس از چندین سال به دیاکسیدکربن، آب و یونهای آمونیوم و پتاسیم تجزیه میشوند (31). بنظر میرسد که نقش سوپرجاذبها در شرایط تنش به گونهای باشد که گیاه در حضور این مواد جذب کلسیم خود را بالا برده و همچنین وجود پتاسیم قابل تبادل در ساختمان سوپرجاذبها منجر به افزایش نسبت پتاسیم به سدیم در بافت گیاهی تحت تنش شده و در نتیجه مقاومت گیاه را افزایش خواهد داد و از خسارتهای ناشی از این یون مهاجم جلوگیری میکند. پلیمرهای سوپرجاذب همچنین با در دسترس قرار دادن آب در اختیار ریشه از غلظت نمکها در اطراف محیط ریشه میکاهند و بدین طریق شرایط تنش را کاهش میدهند (52). کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب سبب بهبود خصوصیات مورفولوژیکی رزماری (Rosmarinus officinalis L.) (11) و بهبود صفات بیوشیمیایی سویا (4) تحت تنش خشکی شد و از آنجایی که تنش شوری نیز علائمی مشابه تنش خشکی دارد میتوان چنین گفت که کاربرد سوپرجاذبها در کاهش خسارات ناشی از تنش شوری نیز موثر میباشد. این مطالعه با هدف بررسی تاثیر سه نوع پلیمرسوپرجاذب بر ویژگیهای بیوشیمیایی و میزان بیوماس تر و خشک گیاه ریحان تحت تنش شوری ناشی از کلرید سدیم انجام شد.
مواد و روشها
بمنظور بررسی تاثیر سه نوع پلیمر سوپرجاذب بر خصوصیات بیوشیمیایی و بیوماس گیاه ریحان رقم کشکنی لولو (Ocimum basilicum cv. Keshkeni luveluo) تحت تنش شوری در دو چین برداشت، آزمایشی گلدانی در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد واقع در عرض جغرافیایی 36 درجه و 18 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 59 درجه و 31 دقیقه شرقی و ارتفاع 985 متری از سطح دریا (دمای 27-18 درجه سانتیگراد (روز-شب) و میانگین رطوبت نسبی گلخانه 70 تا 85 درصد) در سال 1396 انجام شد. این آزمایش بصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل چهار سطح شوری (صفر، 40، 80 و 120 میلیمولار کلرید سدیم) و چهار سطح پلیمرسوپرجاذب شامل (عدم کاربرد، آکوازورب، تراکوتم، استاکوزورب) بود. سوپرجاذب تراکوتم از شرکت آتیه انرژی پلاس و دو سوپرجاذب آکوازورب و استاکوزورب از شرکت دیم گستران سبز آتیه تهیه شدند. ویژگیهای این سوپرجاذبها در جدول 1 آورده شده است. بذور ریحان رقم کشکنیلولو (تهیه شده از شرکت زردبند) در اوایل فروردین ماه در سینی کاشته شدند و نشاءهای تولید شده حدود یک ماه بعد در مرحله چهار برگی به گلدانهایی با قطر دهانه 30 و ارتفاع 40 سانتیمتر و محتوی خاکی با ترکیب خاک، ماسه و خاکبرگ با نسبت 1:1:2 و دارای بافت لومی- شنی با اسیدیته 6/7، هدایت الکتریکی 09/4 دسی-زیمنس بر متر و میزان 66/0 درصد کربن آلی انتقال یافتند و دو هفته بعد از انتقال نشاء تنک کردن انجام شد و 4 بوته در هر گلدان باقی ماند. در مرحله شش برگی در زمان استقرار کامل گیاه، اعمال تیمار شوری بصورت شوری آب آبیاری و حدود هر سه روز یکبار بر اساس خشکی خاک گلدان آغاز شد و تا قبل از این زمان آبیاری با آب معمولی انجام شد. قابل ذکر است که پلیمرهای سوپرجاذب قبل از کشت به میزان دو گرم در کیلوگرم خاک بطور کامل با خاک مخلوط شدند. تیمار شوری در مرحله 5 تا 6 برگی بعد از استقرار بوتهها بهمراه آب آبیاری از پایینترین سطح شوری اعمال شد و بتدریج شوریهای سطوح بالاتر اعمال شدند تا از ورود شوک ناگهانی به گیاهان جلوگیری شود. بمنظور عدم تجمع نمکها، آبشویی هر 10 روز یکبار با آب شور در همان غلظت انجام شد. صفات مورد نظر در مرحله گلدهی و در دو چین برداشت و با فاصله 60 روز از هم اندازهگیری شدند. قابل ذکر است که در چین دوم برداشت بعلت طولانی شدن دوره تنش، گیاهان قادر بتحمل شوری سطح 120 میلیمولار نبوده و از بین رفتند. صفات اندازهگیری شده شامل بیوماس تر و خشک، محتوای نسبی آب برگ، نشت الکترولیت، غلظت کلروفیل a، b، کارتنوئید و کلروفیل کل، فعالیت آنتیاکسیدانی، فنل کل، کربوهیدرات محلول و پرولین بود. بیوماس تر و خشک اندام هوایی گیاه با ترازویی (مدل GF-400 ساخت کشور ژاپن) با دقت 01/0 گرم اندازهگیری شد. بدین صورت که نمونههای تازه جمعآوری شده را پس از اندازهگیری وزن تر بمدت 48 ساعت در آون با دمای 72 درجه قرار داده و بعد از این مدت نمونهها مجدد توزین و وزن خشک آنها بدست آمد. محتوای نسبی آب برگ بروش سانچز و همکاران (51) اندازهگیری شد.
جهت تعیین پایداری غشاء از شاخص نشت الکترولیت استفاده شد (35). اندازهگیری میزان کلروفیل a، b، کارتنوئید و کلروفیل کل با روش لوتس و همکاران (35) انجام شد. بدین صورت که 5/0 گرم از نمونه تازه گیاهی با 5 میلیلیتر متانول عصارهگیری شده و سپس بمنظور اندازهگیری رنگیزههای فتوسنتزی عصاره تهیه شده در دستگاه اسپکتروفتومتر (مدلUK Bio Quest C250) و در طول موجهای 653، 666 و 470 نانومتر قرار گرفت و اعداد حاصل از دستگاه در فرمول قرار داده شدند و رنگیزههای فتوسنتزی بدست آمدند:
Chla = (65/15 × A666) – (34/7× A653)
Chlb = (05/27 ×A653) – (21/11 × A666)
Cx+c = (1000× A470– 860/2×Chla – 2/129 ×Chlb) /245
Chlt = Chla + Chlb
Chla: میزان کلروفیل a، Chlb : میزان کلروفیل b، Cx+c : کاروتنوئید کل وChlt : کلروفیل کل
جهت اندازهگیری فعالیت آنتیاکسیدانتی، ابتدا عصاه متانولی تهیه شده از گیاه بنسبت 1 به 10 رقیق شد. سپس بمنظور غیرفعال کردن رادیکالهای آزاد به هر نمونه 4 میلیلیتر ماده DPPH (2,2- Diphenyl-1-Picril-hydrazol) اضافه شد. نمونهها بمدت 30 دقیقه در تاریکی قرار داده شدند و سپس جذب محلولهای حاصل و همچنین جذب نمونه شاهد (کلیه مواد بدون نمونه گیاهی) در طول موج 517 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر قرائت شد و در فرمول زیر قرار گرفت (42):
فعالیت آنتیاکسیدانتی: [جذب نمونه ارزیابی شده - نمونه شاهد))/( جذب نمونه شاهد)]×100
میزان فنل کل با اضافه کردن معرف فولین سیکالتو به عصاره متانولی تهیه شده از نمونه برگ و قرار دادن نمونهها در دستگاه اسپکتروفتومتر و در طول موج 765 نانومتر اندازهگیری شد (53). برای اندازهگیری کربوهیدراتهای محلول 2/0 میلیلیتر از عصاره متانولی با 3 میلیلیتر معرف آنترون (15/0 گرم در 100 میلیلیتر اسید سولفوریک 72 درصد) مخلوط گردید. مخلوط فوق بمدت 20 دقیقه درون حمام آب گرم با دمای 100 درجه سانتیگراد بمنظور انجام واکنش قرار گرفت. میزان جذب نور پس از سرد شدن نمونهها توسط دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج620 نانومتر اندازهگیری شد (44). جهت اندازهگیری اسید آمینه پرولین در گیاه 1/0 گرم نمونه خشک برگ درون هاون چینی بهمراه 10 میلیلیتر اسید سولفوسالیسیلیک 3/3 درصد عصارهگیری شد. 2 میلیلیتر از عصاره تهیه شده را با 2 میلیلیتر معرف ناین هیدرین و 2 میلیلیتر اسید استیک گلاسیال در لوله آزمایش ریخته و بمدت یک ساعت در حمام آب گرم با دمای 100 درجه سانتیگراد قرار داده شد. پس از خروج، نمونهها در حمام یخ بمدت 30 دقیقه نگهداری شدند و بعد از خنک شدن در زیر هود به محتوی هر یک از نمونهها 4 میلیلیتر تولوئن اضافه شد و بمدت 30 ثانیه توسط ورتکس بخوبی مخلوط شدند. لولهها مدتی در فضای اتاق ثابت باقی ماند و 2 لایه مجزا از هم در لوله آزمایش تشکیل شد. بمنظور اندازهگیری میزان پرولین لایه فوقانی (صورتی رنگ بود) نمونهها در دستگاه اسپکتروفتومتر با طول موج 520 نانومتر قرار گرفت و در فرمول قرار داده شد (24) :
= پرولین (میکرومول در هر گرم وزن خشک برگ)[عدد قرائت شده در اسپکتروفتومتر × میزان تولوئن مصرفی] / 117/115
دادهها پس از نرمال کردن، توسط نرم افزار Minitab 17 آنالیز شدند و مقایسه میانگینها با استفاده از آزمون Bonnferroni در سطح 5 درصد انجام گرفت.
جدول 1- مشخصات سوپرجاذبهای مورد استفاده در این تحقیق
نام سوپرجاذب |
وزن مخصوص (g/L) |
pH |
ظرفیت تبادل کاتیونی (meq/100 gr) |
جذب آب (برابر با وزن) |
ماندگاری (سال) |
سایر ویژگیها |
آکوازورب |
800 |
5/7 |
400 |
200-400 |
5-6 |
بر پایه پتاسیم |
تراکوتم |
810 |
8/7- 5/7 |
400 |
200-300 |
7-8 |
توانایی در اختیار گذاشتن مواد مغذی برای گیاه |
استاکوزروب |
650 |
7/7 |
400 |
400 |
7-10 |
- |
* ویژگیهای سوپرجاذبها بر اساس مشخصات درج شده از سوی شرکتهای تولید کننده آنها آورده شده است
نتایج
نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان داد که اثرات متقابل تیمارها در سطح احتمال یک درصد در هر دو چین برداشت بر تمام صفات مورد مطالعه در این تحقیق بجز نشت الکترولیت در چین اول معنیدار شد (جدول 2 و 3). نتایج نشان داد که در چین اول تنها اثر ساده شوری بر نشت الکترولیت معنیدار بود (جدول 2). نتایج حاصل از مقایسه میانگین دادهها در چین اول نشان داد که بیشترین محتوای نسبی آب برگ (4/83 درصد) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم مشاهده شد که با سوپرجاذب آکوازورب اختلاف معنیداری نداشت و کمترین میزان آن (7/54 درصد) در تیمار شوری 120 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذب حاصل شد (جدول 4). مقایسه میانگین اثر ساده شوری در چین اول نشان داد که بیشترین نشت الکترولیت (4/80 درصد) در تیمار شوری 120 میلیمولار و کمترین میزان آن در تیمار بدون شوری بود (شکل 1). بیشترین کلروفیل b (4/13میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، کارتنوئید (8/3 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) و کلروفیل کل (0/26 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در چین اول در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم بود و بیشترین کلروفیل a (9/13 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم مشاهده شد که البته تفاوت معنیداری با دیگر تیمارهای سوپرجاذب نداشت (جدول 4).
شکل 1- مقایسه میانگین اثر ساده شوری بر نشت الکترولیت گیاه ریحان در چین اول برداشت
نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل تیمارها در چین اول نشان داد که بیشترین میزان فعالیت آنتیاکسیدانتی (2/54 میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، فنل کل (3/13 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) و پرولین (01/0 میکرومول در گرم وزن خشک برگ) در تیمار شوری 120 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها حاصل شد (جدول 4). کمترین میزان فنل کل (6 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم بدست آمد (جدول 4). همچنین بیشترین کربوهیدرات محلول (1/25 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در چین اول در تیمار شوری 120 میلیمولار و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم بدست آمد (جدول 4). اثر متقابل تیمارها نشان داد که بیشترین میزان بیوماس تر و خشک در هر دو چین برداشت در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم بود (شکل 2- الف، ب، ج، د).
جدول4- مقایسه میانگین اثرات متقابل شوری و نوع سوپرجاذب بر خصوصیات بیوشیمیایی ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول برداشت
شوری (mM) |
پلیمر سوپرجاذب |
محتوی نسبی آب برگ (%) |
کلروفیل a (mg g-1FW) |
کلروفیل b (mg g-1FW) |
کارتنوئید (mg g-1FW) |
کلروفیل کل (mg g-1FW) |
فعالیت آنتیاکسیدانی (mg g-1FW) |
فنل کل (mg g-1FW) |
کربوهیدرات محلول (mg g-1FW) |
پرولین (µMp ro/gDW) |
0 |
شاهد |
3/80 ab |
8/13a |
4/10abcd |
7/3ab |
2/24ab |
5/32cd |
04/6ef |
3/4d |
0037/0def |
آکوازورب |
4/83a |
0/13a |
1/7ef |
4/3abcd |
1/20cd |
3/34cd |
5/7 def |
5/5cd |
0025/0gh |
|
تراکوتم |
9/77abc |
9/13a |
6/11abc |
6/3ab |
0/26a |
5/32cd |
0/6f |
2/9bcd |
003/0fgh |
|
استاکوزورب |
7/74abcd |
5/13a |
1/8cdef |
6/3 ab |
6/21a-c |
8/27d |
4/6ef |
0/7cd |
0021/0h |
|
40 |
شاهد |
1/70bcde |
6/10b |
9/9cde |
6/3ab |
5/20bc |
7/40bc |
1/8cdef |
8/4d |
0045/0de |
آکوازورب |
6/69bcde |
3/13a |
6/7def |
1/3 cdef |
8/20bc |
6/32cd |
8/7def |
5/7bcd |
0026/0gh |
|
تراکوتم |
0/64def |
6/12a |
4/13a |
8/3a |
5/25a |
8/34cd |
4/6ef |
6/16abcd |
0043/0def |
|
استاکوزورب |
3/64def |
9/12a |
8/11ab |
5/3abc |
7/24ab |
5/37bcd |
4/6ef |
5/7bcd |
003/0fgh |
|
80 |
شاهد |
2/65def |
9/10b |
9/8bcdef |
3/3bcdef |
8/19b-d |
2/42abc |
9/6ef |
4/8bcd |
0066/0c |
آکوازورب |
7/67cdef |
1/9cd |
3/7def |
0/3ef |
4/16ef |
5/33cd |
1/12ab |
6/8bcd |
0045/0de |
|
تراکوتم |
0/64def |
5/10b |
0/9bcdef |
5/3abc |
5/19b-d |
5/38bcd |
8/6ef |
5/17abcd |
009/0b |
|
استاکوزورب |
9/56f |
6/10b |
3/7def |
3/3bcdef |
9/17c-f |
2/40bcd |
7/8def |
2/16abcd |
0066/0c |
|
120 |
شاهد |
7/54 f |
8/7d |
07/6f |
9/2ef |
87/13f |
2/54a |
3/13a |
5/21ab |
01/0a |
آکوازورب |
7/55f |
0/9cd |
1/6f |
9/2f |
1/15ef |
8/48ab |
1/12ab |
9/16abcd |
005/0d |
|
تراکوتم |
8/61ef |
1/10bc |
6/7def |
4/3abcd |
7/17c-f |
9/47ab |
8/9bcd |
1/25a |
0093/0b |
|
استاکوزورب |
3/57ef |
3/8d |
8/6ef |
04/3def |
2/15ef |
2/44abc |
6/10bc |
3/19abc |
007/0c |
در هر ستون اعداد دارای حداقل یک حرف مشابه تفاوت معناداری با هم ندارند
نتایج در چین دوم نشان داد بیشترین محتوای نسبی آب برگ (2/74 درصد) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب آکوازورب مشاهده شد که البته تفاوت معنیداری با سایر سوپرجاذبها نداشت و فقط نسبت به تیمار شاهد (بدون کاربرد سوپرجاذب) افزایش نشان داد و کمترین میزان آن (2/56 درصد) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها حاصل شد که سوپرجاذب آکوازورب توانست بمقدار زیادی در این شرایط محتوای نسبی آب برگ را بهبود بخشد و از دو سوپرجاذب دیگر موثرتر واقع شد (جدول 5). همچنین در چین دوم بیشترین نشت الکترولیت (7/70 درصد)، فعالیت آنتیاکسیدانتی (3/90 میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، فنل کل (7/30 میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، کربوهیدرات محلول (6/74 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) و پرولین (023/0 میکرومول در گرم وزن خشک برگ) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها و کمترین نشت الکترولیت (38 درصد) و فنل کل (22 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم بدست آمد. کمترین میزان فعالیت آنتیاکسیدانتی در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب استاکوزرب و کمترین میزان پرولین (002/0 میکرومول در گرم وزن خشک برگ) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب آکوازورب حاصل شد (جدول 5).
بیشترین میزان کلروفیل a (8/4 میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، کلروفیل b (1/13میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، کارتنوئید (28/1 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) و کلروفیل کل (4/17 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار شوری 40 میلیمولار و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم حاصل شد که نشان از یک افزایش در شوری 40 میلیمولار و کاهش مجدد در شوری 80 میلیمولار بود اما در مجموع در شوری بالا کاهش یافت؛ در حالیکه کمترین میزان کلروفیل a (1/3 میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، کلروفیل b (9/6 میلیگرم در گرم وزن تر برگ)، کارتنوئید (56/0 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) و کلروفیل کل (10 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها بدست آمد که البته در مورد کارتنوئید تفاوت معنیداری با تیمارهای آکوازورب و استاکوزورب نداشت (جدول 5).
جدول5- مقایسه میانگین اثرات متقابل شوری و نوع سوپرجاذب بر خصوصیات بیوشیمیایی ریحان رقم کشکنی لولو در چین دوم برداشت
شوری (mM) |
پلیمر سوپرجاذب |
محتوی نسبی آب برگ (%) |
نشت الکترولیت (%) |
کلروفیلa (mg g-1FW) |
کلروفیل b (mg g-1FW) |
کارتنوئید (mg g-1FW) |
کلروفیل کل (mg g-1FW) |
فعالیت آنتیاکسیدانی (mg g-1FW) |
فنل کل (mg g-1FW) |
کربوهیدرات محلول (mg g-1FW) |
پرولین (µMp ro/gDW) |
0 |
شاهد |
1/62de |
8/42ef |
6/3cde |
2/9cd |
7/0ef |
8/12c-e |
4/75bcd |
4/23de |
3/22ef |
004/0de |
آکوازورب |
2/74a |
9/42ef |
3/3de |
6/9bc |
8/0de |
9/12c-e |
8/69cd |
7/24cd |
5/19ef |
002/0e |
|
تراکوتم |
7/72ab |
0/38f |
3/4ab |
2/10bc |
07/1bc |
5/14bc |
2/73cd |
2/22e |
7/16f |
004/0de |
|
استاکوزورب |
4/69abc |
0/44ef |
1/3e |
3/9cd |
6/0ef |
4/12de |
8/66d |
4/24cd |
8/20ef |
004/0de |
|
40 |
شاهد |
6/59ef |
2/45def |
3/4a |
3/10bc |
9/0cd |
7/14b |
5/84ab |
8/24cd |
9/25def |
013/0bc |
آکوازورب |
7/72ab |
1/47def |
2/4abc |
2/9cd |
2/1ab |
4/13b-d |
4/74bcd |
8/24cd |
4/22ef |
013/0bc |
|
تراکوتم |
7/66cd |
7/47cdef |
3/4a |
1/13a |
28/1a |
4/17a |
6/69cd |
9/25c |
7/35bcd |
018/0bc |
|
استاکوزورب |
5/62de |
9/44def |
6/3cde |
1/11b |
7/0ef |
7/14b |
6/70cd |
1/29ab |
0/31cde |
011/0cd |
|
80 |
شاهد |
2/56f |
7/70a |
1/3e |
9/6e |
5/0f |
00/10f |
3/90a |
7/30a |
6/74a |
023/0a |
آکوازورب |
6/68bc |
3/52cde |
4/3de |
9/7de |
56/0f |
3/11e |
7/88a |
4/29ab |
1/66a |
02/0ab |
|
تراکوتم |
3/59ef |
1/59bc |
8/3bcd |
3/9cd |
62/0ef |
1/13b-d |
3/72cd |
3/28b |
0/48b |
014/0bc |
|
استاکوزورب |
7/61cd |
1/56cd |
1/3e |
1/9cd |
56/0f |
2/12de |
5/77bc |
1/29ab |
2/41bc |
015/0abc |
در هر ستون اعداد دارای حداقل یک حرف مشابه تفاوت معناداری با هم ندارند
بحث و نتیجهگیری
تنش شوری سبب کاهش محتوای نسبی آب گیاهان دارویی از جمله بادرشبی Dracocephalum moldavica L.)) (18) و بابونه آلمانی (Matricaria chamomilla L.) (15) گردید که با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت داشت. محتوای نسبی آب برگ میتواند شاخص مناسبی از آب موجود در گیاه باشد و اگر میزان آن بالا باشد بدین معنی است که گیاه در وضعیت مناسبی قرار دارد و آماس سلولی خود را حفظ میکند و رشد آن تداوم مییابد؛ ولی با افزایش تنش شوری و کاهش آماس سلولی از محتوای نسبی آب برگ نیز کاسته میشود (47). همچنین میتوان چنین گفت که با افزایش تنش شوری، پتانسیل آب در اطراف ریشه منفیتر شده و بنابراین جذب آب توسط ریشه کاهش مییابد؛ در نتیجه آب قابل جذب برای گیاه از دسترس آن خارج میگردد (7) و کاهش در محتوای نسبی آب برگ رخ میدهد.
نشت الکترولیت بعنوان یک شاخص پایداری غشاء محسوب میشود و در هنگام تنش شوری افزایش مییابد، بدلیل اینکه در هنگام تنش گونههای فعال اکسیژن افزایش پیدا میکنند و سبب پراکسیداسیون لیپیدی و کاهش پایداری غشاء میشوند و درنتیجه مواد سیتوپلاسمی از آن به بیرون نشت کرده و افزایش هدایت الکتریکی را بدنبال دارد (37). بررسیها نشان میدهد که تنش شوری موجب افزایش نشت الکترولیت گیاه ریحان (Ocimum basilicum L.) (3) شد که با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت دارد. همچنین بررسیها نشان دادند که افزایش تنش شوری موجب کاهش محتوای کلروفیل در ریحان (17)، مریم گلی (Salvia Sclarea L.) (14)، شنبلیله (Trigonella foenum- graveolens L.) (13) و مرزه (Satureja hortensis L.) (12) شد که با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت داشت. در هنگام تنش شوری پایداری غشاء کلروپلاست کاهش مییابد و کلروپلاستها تخریب شده و یا تعداد و اندازه آنها کاهش پیدا میکند و همین امر سبب کاهش کلروفیل میگردد (22). در هنگام تنش، انباشت یونها سبب اختلال در عملکرد گیاه و باز و بسته شدن روزنهها میشود و ورود دیاکسیدکربن بداخل گیاه را محدود و میزان کلروفیل کاهش مییابد (36). کاهش کلروفیل در این تحقیق میتواند بدلیل عوامل فوق باشد و یا میتوان این کاهش را چنین اثبات کرد که در هنگام تنش شوری آنزیم کلروفیلاز افزایش یافته و کلروفیل را تجزیه میکند (27). همچنین افزایش شوری، رادیکالهای آزاد اکسیژن را افزایش داده و این ترکیبات سبب پراکسیداسیون و تجزیه کلروفیل میگردند و در مقابل برای کاهش خسارات فعالیت آنتیاکسیدانتی و ترکیبات فنلی و پرولین افزایش مییابد (46). علت افزایش آنتیاکسیدانها و همچنین ترکیبات فنلی که دستهای از ترکیبات آنتیاکسیدانتی میباشند در هنگام تنش شوری، افزایش گونههای فعال اکسیژن در گیاه میباشد که برای گیاه سمی بوده و سبب تخریب لیپیدهای غشاء، پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک میشود و گیاه برای تحمل این شرایط ترکیبات آنتیاکسیدانتی خود را افزایش میدهد تا بتواند این ترکیبات را حذف کند (26) و همین امر میتواند دلیلی بر افزایش میزان آنتیاکسیدانها در این تحقیق باشد. ترکیبات فنلی از اجزاء سیستم دفاعی غیرآنزیمی و آنتیاکسیدانتی سلولهای گیاهی میباشند که مهار اتواکسیداسیون لیپیدها، تجزیه رادیکالهای آزاد اکسیژن و پراکسیدها را بعهده دارند و همین امر سبب میشود تا در شرایط تنش بمنظور محافظت از گیاه افزایش یابند (46 و26) که نتایج این تحقیق نیز همین امر را اثبات میکند. پلیمرهای سوپرجاذب دارای ظرفیت تبادل کاتیونی بوده و قادرند تا حدی نمکها را در خود ذخیره کرده و از دسترس گیاه خارج سازند و قادرند یون سدیم را با یونهایی همچون کلسیم و پتاسیم که در ساختار خود دارند جایگزین کرده و بدین صورت از جذب سدیم توسط گیاه بکاهند و صفات بیوشیمیایی گیاه را بهبود بخشند که کاهش میزان فنل کل یکی از این موارد است (25). کربوهیدراتهای محلول یکی از ترکیباتی هستند که میتوانند در مقادیر بالا بدون صدمه به فعالیتهای بیوشیمیایی تجمع یابند و باعث حفظ یکپارچگی غشاء و افزایش مقاومت به شوری شوند (50). بررسیها نشان میدهد که پرولین تحت تنش شوری در گیاهان دارویی از جمله آویشن دنائی (Thymus daenensis Celak.) (21)، شنبلیله (Trigonella foenum- graveolens L.) (13)، مرزه تابستانه (9) و آویشن باغی (Thymus vulgaris L. CV Varico 3) (6) افزایش مییابد که با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت دارد. همچنین افزایش پرولین در گیاه لوبیا (Phaseolus vulgaris L.) تحت تنش شوری مشاهده شد که سوپرجاذبها سبب کاهش آن شدند (33). پرولین یک مولکول تنظیم کننده و یک آمینواسید حلال است که نقش محافظت کننده داشته و غیرسمی است و میتواند مقاومت گیاه در شرایط تنش را افزایش دهد و دلیل افزایش آن این است که پرولین بعنوان یک سیستم دفاعی برای گیاه عمل کرده و در هنگام بروز تنش از اجزای داخلی سلول محافظت میکند و موجب سرکوب رادیکالهای آزاد میشود (21). همچنین بنظر میرسد افزایش پرولین در این تحقیق به این دلیل باشد که این ماده باعث حفظ آبگیری پروتئینها شده و ادامه فعالیت سلولها را سبب میشود و همچنین از تخریب آنزیمها جلوگیری میکند (36). تنش شوری باعث میشود تا گیاه آب موجود در بافتهای خود را از دست بدهد و دچار پلاسمولیز شود که این عامل سبب کاهش وزن تر اندام هوایی خواهد شد (12).
پلیمرهای سوپرجاذب با کاهش خسارات تنش شوری باعث افزایش میزان بیوماس تر و خشک در خیار شدند (16). استفاده از پلیمرهای سوپرجاذب با ویژگی جذب و نگهداری آب، سبب حفظ رطوبت در خاک و گیاه میشوند و از این طریق از کاهش آماس سلولی و محتوای نسبی آب برگ جلوگیری میکند. همچنین پلیمرهای سوپرجاذب با در اختیار گذاشتن یونهای کلسیم و پتاسیم موجود در خود برای گیاه، پایداری غشاء را افزایش داده و از نشت مواد سلول به بیرون جلوگیری میکنند (41). همچنین آنها با در دسترس قرار دادن آب در اختیار ریشه از غلظت نمکها در اطراف محیط ریشه میکاهند و رادیکالهای آزاد اکسیژن را کاهش میدهند و بدین طریق در شرایط تنش بالا میتوانند از کاهش بیش از حد رشد و سطح برگ و در پی آن کاهش کلروفیل جلوگیری کنند و فعالیت آنتیاکسیدانتی را کاهش دهند (45 و 52). پلیمرهای سوپرجاذب با کاهش اثرات منفی شوری، افزایش سطح برگ گیاه، کاهش رادیکالهای آزاد و... از میزان پرولین در گیاه میکاهند (33) که این امر کاهش پرولین در این تحقیق را اثبات میکند.
بطور کلی نتایج نشان داده که محتوای کلروفیل، فعالیت فتوسنتزی و فعالیت آنتیاکسیدانی گیاهانی مانند خیار، گوجهفرنگی و کاهو با اضافه کردن پلیمرهای سوپرجاذب به خاک تحت تنش شوری افزایش مییابد (29).
نتیجهگیری کلی
تنش شوری با افزایش میزان رادیکالهای آزاد اکسیژن در گیاه سبب وارد کردن صدمات جدی به گیاه و فعالیتهای حیاتی آن از جمله فتوسنتز و تنفس میشود؛ بطوریکه رادیکالها سبب تجزیه کلروفیلها، غشاء پروتئینی و نشت مواد داخل سلول به بیرون و درنهایت مرگ سلولها میشوند. در این تحقیق نشان داده شد که تنش شوری در دو چین برداشت سبب کاهش محتوای نسبی آب برگ و رنگیزههای فتوسنتزی گیاه ریحان گردید و در مقابل ترکیبات فنلی و آنتیاکسیدانتی که بعنوان مکانسیم دفاعی برای گیاه در شرایط سخت تنش عمل میکنند را افزایش داد. پلیمرهای سوپرجاذب مورد استفاده در این تحقیق، با قرار دادن آب لازم در اختیار ریشه از غلظت نمکها در اطراف ریشه کاستند و توانستند صفات بیوشیمیای گیاه را بهبود بخشند و مرگ گیاه را بتعویق اندازند و بیوماس تر و خشک گیاه را افزایش دهند. همچنین پلیمرهای سوپرجاذب دارای ظرفیت تبادل کاتیونی بوده و قادرند تا حدی نمکها را در خود ذخیره کرده و از دسترس گیاه خارج سازند و بدین صورت از جذب سدیم توسط گیاه بکاهند و از اثرات منفی کلرید سدیم کم کنند. با این حال در چین دوم برداشت بعلت افزایش دوره تنش، گیاه ریحان که گیاهی حساس به شوری است در بالاترین سطح شوری (120 میلیمولار) نتوانست شوری را تحمل کند و از بین رفت. با توجه بنتایج حاصل از این تحقیق میتوان چنین گفت که از بین سوپرجاذبهای بکار رفته در این آزمایش، سوپرجاذب تراکوتم نسبت به بقیه در بهبود خصوصیات بیوشیمیایی ریحان موثرتر بوده است و میتواند بعنوان یک راهکار مناسب جهت کاهش خسارات ناشی از تنش شوری در تولید این گیاه در مناطق شور استفاده شود.