بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی تاثیر تنش شوری و محلولپاشی نانو ذرات اکسید آهن و روی بر میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز گندم، آزمایشی گلدانی اجرا شد. تیمارهای آزمایش شامل دو رقم گندم، تجن - حساس به شوری - و کویر - مقاوم به شوری - ، سه سطح شوری - صفر، 75 و 150 میلیمولار - و شش سطح محلولپاشی - شاهد، اکسید آهن، اکسید روی، نانواکسید آهن، نانواکسید روی و مخلوط نانواکسید آهن و روی - بود. تنش شوری و محلولپاشی تاثیر معنیداری بر میزان فعالیت این آنزیمها داشت. همچنین میزان فعالیت این دو آنزیم در رقم کویر تحت تنش شوری بیش از رقم تجن افزایش یافت.
1. مقدمه
شوری از جمله مهمترین عوامل محدود کننده عملکرد محصولات کشاورزی در نزدیک به 20 درصد از کل زمین های تحت کشت جهان میباشد. شوری از طرق مختلفی باعث کاهش رشد و پتانسیل تولیدی گیاهان میشود. تجمع یونهای سدیم و کلر در خاک علاوه بر اثر سمی که بر گیاه دارد. باعث کاهش پتانسیل اسمزی محلول خاک میشود و گیاه را در جذب آب با مشکل روبرو میکند.
در نتیجه گیاه دچار نوعی خشکی فیزیولوژیک یا تنش اسمزی میشود. از طرفی برهم کنش بین نمکها و مواد غذایی خاک باعث بر هم زدن تعادل یونی محلول خاک میشود .[3]گیاهان برای مقابله با گونههای فعال اکسیژن بسته به ظرفیت ژنتیکیشان سیستمهای دفاعی آنتیاکسیداتیو را در خود گسترش میدهند. در این میان آنزیمهای آنتیاکسیدان نقش مهمی در پاکسازی گونههای فعال اکسیژن از طریق یکسری واکنشهای پیچیده ایفا میکنند.
این واکنشها شامل تبدیل اکسیژن مولکولی - O2 - به پراکسید هیدروژن - H2O2 - بوسیله آنزیم سوپراکسید دسموتاز - SOD - و سمیت زدایی H2O2 بوسیله آنزیمهای متعددی از قبیل پراکسیداز - POX - ، آسکوربات پراکسیداز - APX - و کاتالاز - CAT - میباشد.[6] در این راستا بایبوردی، سایرام و همکاران با مطالعه بر گندم دریافتند شوری سبب افزایش میزان فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانی شد
از طرف دیگر عنصر روی در ایجاد یک سیستم دفاعی سلولی در برابر گونههای فعال اکسیژن دارای نقش میباشد. به نحوی که در شرایط کمبود عنصر روی بروز این خسارت های اکسیداتیو ناشی از تهاجم رادیکال های آزاد ROS ها با ایجاد اخلال در عملکرد غشاهای سلولی و تولید رادیکال های هیدروکسیل و سوپراکسیداز به سلول خسارت وارد می نمایند .
عنصر روی تاثیر مستقیمی بر بیان ژن و سنتز پروتئین داشته و همچنین در فعالیت تعدادی از آنزیمهای آنتی اکسیدانی از جمله سوپراکسید دسموتاز Cu/Zn نیز موثر است. مصرف عنصر روی سبب کاهش تولید ROS ها و تقویت فعالیت آنزیمهای SOD، CAT و POD میشود .
در نتیجه این عنصر در کاهش خسارت ناشی از گونههای اکسیژن فعال به غشای سلولی، پروتئینها، کلروفیل و اسید نوکلئیک دارای اهمیت است. نتایج مطالعات نشان میدهد که مصرف روی میتواند مقاومت گیاهان به تنشهای محیطی به ویژه شوری را افزایش دهد. روی به عنوان کوفاکتور در ساختمان بسیاری از آنزیمهای آنتیاکسیدانی مشارکت داشته و لذا در شرایط تنش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی در اثر کمبود عناصر ریزمغذی کاهش یافته و در نتیجه آن حساسیت گیاهان به تنش های محیطی افزایش مییابد .
همچنین عنصر روی نقش ضروری در ایجاد سطح اضافی بر غشای پلاسمایی سلول های ریشه دارد به طوری که این قابلیت، ریشه گیاه را قادر میسازد در برابر تنش های زنده و غیرزنده بهتر مقاومت کند .با توجه به مطالعات اندک در مورد استفاده از نانو کودها در کشاورزی، این آزمایش به منظور بررسی تاثیر محلولپاشی نانو ذرات اکسید آهن وروی بر میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز دو رقم گندم با نام های تجن و کویر تحت تنش شوری طراحی و اجرا گردید.
2. مواد و روش
این آزمایش در تاریخ اول اردیبهشت ماه 1390 در محوطه گلخانه پژوهشی دانشگاه صنعتی اصفهان با استفاده از دو رقم گندم متحمل به شوری - کویر - و حساس به شوری - تجن - ، شش تیمار محلول پاشی - اکسیدآهن، اکسید روی، نانو اکسیدآهن، نانواکسید روی ، ترکیب نانواکسیدآهن ونانو اکسید روی وشاهد عدم محلولپاشی - وسه سطح شوری به میزان - شاهد - ، 75 - شوری متوسط - ، - 150شوری شدید - میلیمولار نمک طعام خالص به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در چهار تکرار اجرا شد.تعداد 10 بذر در هر گلدان کشت گردید. تیمار شوری دو هفته پس از سبز شدن گیاهان - مرحله 4 برگ حقیقی - اعمال شد. محلولپاشی در دو مرحله، 10 و 20 روز پس از اعمال تنش شوری با غلظت 2 در هزار انجام شد.
به منظور اندازهگیری آنزیمهای آنتی اکسیدانی نمونه برگها توسط ازت مایع پودر شد و میزان 0/1 گرم از آن به کمک یک میلیلیتر بافر فسفات پتاسیم 100 میلیمولار با pH=7/8حاوی 0/1 EDTA میلیمولار و %1 PVP - پلی وینیل پیرولیدون - هموژنایز گردید سپس عصارههای سانتریفیوژ شد و محلول رویی حاصل در ویالهای استریل جمعآوری گردید. فعالیت آنزیم کاتالاز در 3 میلیلیتر بافر واکنش به صورت 50 میلیمولار بافر فسفات سدیمی با pH=7، 10میلیمولارآب اکسیژنه و 40 میکرولیتر عصارهگیری شد. پس از اضافه کردن آب اکسیژنه فعالیت کاتالاز موجود در عصاره آنزیمی، در طول موج 240 نانومتر در مدت یک دقیقه با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر - مدل - HITACHI u-1800 اندازهگیری شد.
به منظور برآورد میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دسموتاز ابتدا بایستی ترکیبات واکنش را تهیه کرد. برای تهیه ترکیب واکنش از 13 میلیمول متیونین، 25 میکرومول نیتروبلوتترازولیوم - - NBT، 6 میکرومول محلول 0/5 مولار EDTA، 1/5 میلیلیتر از محلول 1 مولار فسفات بافر - pH=7/8 - ، 60 میکرومول ریبوفلاوین 1 میلیمولار و 50 میلیمول سدیم بیکربنات استفاده شد. سپس 2/9 میلیلیتر از مخلوط حاصل را داخل تیوپ استریل ریخته، بلافاصله پس از افزودن 2 میکرومول ریبوفلاوین و 0/1 میلیلیتر عصاره آنزیمی، به مدت 15 دقیقه زیر نور لامپ فلورسانس 6×15 وات قرار داده شد. جهت تعیین میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دسموتاز مخلوط حاصل با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 560 نانومتر طیفسنجی گردید.
3. نتایج و بحث
تأثیر شوری بر فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود - جدول . - 1 فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز در اثر تنش شوری 75 میلیمولار به ترتیب 1/87 و 2/25 برابر و در اثر تنش 150 میلیمولار به ترتیب 2/7 و 3/6 برابر نسبت به تیمار شاهد افزایش یافت - جدول . - 2 بای بوردی - 2004 - با مطالعه تأثیر تنش شوری بر تغییرات آنتیاکسیدانهای برگ دو ژنوتیپ مقاوم و نیمه مقاوم گندم گزارش کرد که شوری در تمام سطوح باعث افزایش فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز میشود
سایرام و همکاران با مطالعه تاثیر تنش شوری بر تغییرات آنتی اکسیدانهای برگ دو ژنوتیپ مقاوم و نیمه مقاوم گندم دریافتند که شوری در تمام سطوح باعث افزایش فعالیت آنزیمهای SOD وCAT میشود. همچنین آنها دریافتند که میزان افزایش فعالیت این آنزیمها در ژنوتیپ مقاوم نسبت به ژنوتیپ نیمه مقاوم بیشتراست
تأثیر محلولپاشی بر فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود - جدول . - 1 فعالیت آنزیم سوپراکسید دسموتاز در اثر محلولپاشی عناصر ریزمغذی نسبت به تیمار عدم محلولپاشی 42 درصد افزایش یافت. همچنین فعالیت آنزیم کاتالاز در تیمارهای محلولپاشی نسبت به تیمار عدم محلولپاشی 1/04 برابر افزایش یافت - جدول . - 2 در آزمایشی تاثیر مثبت عنصر روی بر فعالیت آنزیم کربونیک انهیدراز گیاه گندم اثبات شد .
اختلاف ارقام گندم از نظر فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود - جدول . - 1 میزان فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز در رقم کویر به ترتیب 9/28 و 2/37 و در رقم تجن به ترتیب 4/5 و 1/12 - واحد بر گرم وزن تر برگ - بود.
اثر متقابل شوری و رقم بر میزان فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دسموتاز و کاتالازدر سطح احتمال یک درصد معنیدار بود - جدول . - 1 میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دسموتاز در تنش شوری 75 و 150 میلیمولار در رقم تجن به ترتیب 0/55 و 1/44 برابر و در رقم کویر به ترتیب 3/18 و 4/07 برابر شد. میزان فعالیت آنزیمکاتالاز در تنش شوری 75 و 150 میلیمولار در رقم تجن به ترتیب 0/91 و 1/89 برابر و در رقم کویر به ترتیب 3/55 و 5/68 برابر شد.
اثر متقابل شوری و محلولپاشی بر میزان فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دسموتاز در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود - جدول . - 1 محلولپاشی عناصر ریزمغذی آهن و روی به دو شکل نانو و معمول منجر به افزایش میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دسموتاز تحت تنش شوری گردید.
جدول - 1 تجزیه واریانس آنزیمهای آنتیاکسیدانی سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز
جدول - 2 مقایسه میانگین آنزیمهای آنتیاکسیدانی سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز
در هر ستون و برای هر واحد آزمایشی، میانگینهایی که حداقل دارای یک حرف مشترک هستند، در سطح 5 درصد اختلاف معنیداری ندارند.
