بخشی از مقاله
خلاصه
در میان فلزات سنگین نیکل یکی از فلزات ضروری برای گیاهان میباشد که نقش کلیدی در فرآیندهای فیزیولوژیکی داشته و در مسیرهای متابولیکی مختلفی دخالت دارد. به هر حال، افزایش بیش از حد نیکل در گیاهان اثرات سمی دارد و باعث مهار فعالیت میتوزی، مهار فتوسنتز، کاهش رشد گیاه و اثرات سوء بر عملکرد و کیفیت میوه در گیاهان میشود.
در سالهای اخیر برای کاهش اثرات نامطلوب تنشها، علاقه به کاربرد محرکهای بیولوژیکی افزایش یافته است. اخیرا گزارش شده است که کاربرد کیتوزان به عنوان کلاتکننده میتواند اثرات مثبتی بر تحمل فلزات سنگین در گیاه داشته باشد. بنابراین، در این تحقیق اثر غلظتهای مختلف کیتوزان 0 - ، 0/125، 0/250، 0/5، 1 درصد - بر گیاهان همیشه بهار در معرض غلظتهای مختلف نیکل 0 - ، 100، 150 میلیگرم بر کیلوگرم - مورد بررسی قرار گرفتند فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی ارزیابی شد.
نتایج نشان داد تنش نیکل منجر به افزایش تولید مالون دی آلدئید و پراکسیداسیون لیپیدی در همهی بخشهای گیاه شد و فعالیت کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز در پاسخ به تنش نیکل افزایش یافت. نتایج نشان داد که کیتوزان میزان مالون دی آلدئید و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز را کاهش داد. احتمالا این اثرات کیتوزان به دلیل این بود که کیتوزان میزان جذب نیکل در ریشه و بخش هوایی و همچنین فاکتور تجمع بیولوژیکی ریشه و بخش هوایی را کاهش داد.
مقدمه
با ظهور زندگی صنعتی، آلودگی محیط زیست تبدیل به یک نگرانی و تهدید جدی برای زندگی انسان روی زمین شده است. در میان اشکال مختلف آلودگی، آلودگی خاک با فلزات سنگین بسیار خطرناک است، زیرا با تاثیر روی منابع غذایی آسیبهای جدی بر زندگی انسانها میگذارد. افزایش آلودگی محیط زیست با فلزات سنگین و عدم تعادل در این مسئله میتواند تهدیدی شدید برای هر دو اکوسیستم خشکی و آبی باشد. فلزات سنگین میتوانند به مولکولهای مهم زیستی متصل شوند و باعث غیرفعال شدن آنها شوند و بدین طریق منجر به مهار واکنشهای آنزیمی و اختلال در فرآیندهای متابولیسمی شوند. تجمع بیش از حد فلزات سنگین در گیاهان ممکن است عوارض جدی در انسان به ویژه بر قلب و عروق، کلیه، سیستم عصبی، سیستم اسکلتی داشته باشد و باعث ایجاد سرطان و جهش شود
نیکل یکی از فلزات سنگین است که برای گیاهان ضروری میباشد. افزایش بیش از حد نیکل در گیاهان اثرات سمی دارد که در اغلب گیاهان گزارش شده است، برای مثال باعث مهار فعالیت میتوزی، مهار فتوسنتز، کاهش رشد گیاه و اثرات سوء بر عملکرد و کیفیت میوه درگیاهان میشود
کیتوزانها پلیساکاریدهایی با طیف وسیعی از کاربرد، از جمله افزایش رشد گیاه هستند . اولین جداسازی کیتین از قارچها بود، که از آن زمان به بعد از بسیاری از منابع دیگر از جمله دیواره سلولی مخمر و سویه قارچی و از اسکلت خارجی خرچنگ و میگو بدست آمده است. کیتوزان از یک هوموپلیمر زنجیره طویل-N استیل--Dگلوکزآمین ،-2استامید--2 دئوکسی-بتا-دی-گلوکان متصل شده با پیوند 4-1 تشکیل شده است و در آب نامحلول بوده و استفاده از آن در سیستمهای زنده محدود است. این ترکیب دارای خاصیت اتصال به فلزات نیز هست. برخی تحقیقات نشان داده است که کیتوزان اثرات خوبی بر رشد گیاهان داشته است و میتواند فتوسنتز و عملکرد گیاهان را افزایش دهد و باعث تقویت تحمل تنش در آنها شود
واکنش مشترک گیاهان به تنش اکسیداتیو در غلظتهای بالای فلزات سنگین، تولید بیش از حد گونههای فعال اکسیژنی - ROS - است. انواع مختلف گونههای فعال اکسیژن میتوانند به ترکیبات حیاتی سلول مانند اسیدهای چرب غیراشباع، پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک حمله نمایند. این واکنشها به طور طبیعی ویژگیهایی چون سیالیت غشاء، انتقال یونی، فعالیت آنزیمی و سنتز پروتئینها را کاهش داده و باعث تخریب DNA هستهای و میتوکندریایی و در نهایت مرگ سلولی میشوند. یکی از واکنشهایی که در حضور انواع اکسیژن فعال سرعت بیشتری پیدا میکند، پراکسیداسیون لیپیدهای غشائی است که واکنشهای زنجیره پراکسیداسیون را تحریک کرده و منجر به تخریب اسیدهای چرب میشوند که منجر به تولید همزمان مالوندیآلدئید - MDA - میشود .[4] بنابراین، MDA یکی از محصولات پراکسیداسیون لیپیدی غشاء است که شاخص کلی برای پراکسیداسیون لیپیدی تحت تنش در نظر گرفته میشود.
یکی از آسیبهای مهم بافتی که در اثر قرار گرفتن گیاهان در معرض فلزات سنگین از جمله نیکل رخ میدهد، افزایش تولید گونههای فعال اکسیژن - ROS - و ایجاد تنش اُکسیداتیو است .[5] برای مقابله با تنش اکسیداتیو ایجاد شده ناشی از نیکل، یک سیستم دفاع آنتیاکسیدانی با کارآیی بالا در گیاهان وجود دارد که میتوانند رادیکالهای آزاد را از بین برده، خنثی و یا جاروب کنند. این سیستم شامل آنزیمهای آنتیاکسیدان مانند کاتالاز - CAT - ، آسکوربات پراکسیداز - APX - ، سوپراکسید دیسموتاز - SOD - و نیز گایاکول پراکسیداز - GPX - و فنل پراکسیداز - POX - میباشد
آنزیم SOD در مجاور زنجیره انتقال الکترونی که احتمال تشکیل سوپراکسید در آن باشد حضور دارد و از سلول در برابر ROS محافظت میکند. افزایش در فعالیت آنزیم SOD منجر به تولید H2O2 میشود که در مراحل بعدی باید بهوسیله آنزیمهای کاتالاز و آسکورباتپِراکسیداز سمیتزدایی شود، تا وضعیت رداکس سلولی حفظ شود. بنابراین در شرایط تنش بالا رفتن فعالیت SOD بهتنهایی نمیتواند از گیاه در برابر سمیت رادیکالهای اکسیژن محافظت کند و افزایش فعالیت دیگر آنزیمها - کاتالاز وپِرااکسیداز - در سمیت زدایی H2O2 ضروری است. کاتالاز یکی از مهمترین آنزیمهای آنتی-اکسیدانی برای حذف پراکسید هیدروژن میباشد که از طریق شکست پراکسید هیدروژن به آب و اکسیژن آن را خنثی میکند. بنابر این کاتالاز نقشی مهمی در محافظت از غشاء سلول دارد و آسیب فلزات روی غشاء جلوگیری بعمل میآورد
مواد و روش ها
برای بررسی نقش کیتوزان بر القای پاسخهای بیوشیمیایی و آنتی اکسیدانتی در طی تحمل تنش نیکل در گیاه همیشه بهار یک آزمایش فاکتوریل با طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار اجرا شد. فاکتورها شامل 3 سطح نیکل 0 - ، 100، 150 میلیگرم بر کیلوگرم خاک - و 5 سطح کیتوزان 0 - ، 0/125، 0/25، 0/5 و 1 درصد در کیلوگرم خاک - بودند.
سپس غلظتهای مختلف نیکل طبق طرح آماری تیمار گردید و به مدت زمان 20 روز در مکان مناسب نگهداری شد تا نیکل در خاک تثبیت شود. سپس به خاک غلظتهای مشخص کلاتکننده کیتوزان با وزن مولکولی متوسط خریداری شده از شرکت سیگما - کد - 448877 اضافه گردید و در مدت زمان 15 روز تثبیت کلاتکننده در خاک انجام شد. بذرهای ضدعفونی شده گیاه همیشه بهار در داخل گلدانهای مذکور کاشته شد و به صورت دو روز در میان آبیاری انجام شد. پس از 45 روز گیاهان برداشت و پاسخهای بیوشیمیایی و فعالیتهای آنتیاکسیدانی در گیاه مطابق روشهای مربوطه اندازهگیری شد.
اندازه گیری محتوی مالوندی آلدئید و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانت - کاتالاز ، سوپراکسید دیسموتاز - : برای سنجش پراکسیداسیون لیپیدی غشا مطابق روش - 1968 - Heath and Packer غلظت مالوندی آلدئید - MDA - اندازهگیری شد. همچنین برای سنجش میزان فعالیت آنزیم کاتالاز مطابق روش - 1984 - Aebi و برای سوپراکسید دیسموتاز مطابق روش - 1971 - Beaycamp and Fridovich اندازهگیری انجام شد.
آنالیز آماری: دادهها توسط نرمافزار SAS و رسم نمودارها توسط برنامه Excel انجام شد. مقایسه اختلاف بین میانگینها نیز توسط آزمون چند دامنهای دانکن و در P <0/05 انجام گرفت.
نتایج و بحث:
با توجه به نتایج آنالیز واریانس - جدول - 1 اثر مستقل نیکل و کیتوزان و نیز اثر متقابل نیکل × کیتوزان بر میزان مالوندیآلدئید - MDA - و فعالیت آنزیمهای سوپر اکسید دیسموتاز و کاتالاز ریشه و بخش هوایی همیشه بهار در سطح احتمال 1 درصد معنیدار بود.
جدول 1 نتایج تجزیه واریانس - میانگین مربعات - داده های حاصل از اثر نیکل و کیتوزان برفعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی و میزان مالون دی آلدئید بخش هوایی و ریشه همیشه بهار
