دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 18
بررسی اثرات تغذیه سیلیکون در تخفیف کمبود آهن در گیاه برنج (Oryza sativa L.) با تاکید بر رشد و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت
بررسی اثرات تغذیه سیلیکون در تخفیف کمبود آهن در گیاه برنج (Oryza sativa L.) با تاکید بر رشد و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت
چکیده
آهن یکی از عناصر ضروری برای همه گیاهان است که کمبود آن سبب کاهش قابل توجه رشد گیاه میشود. سیلیکون در گیاهان تکلپه از جمله برنج به عنوان یک عنصر ضروری است که ممکن است در کاهش تنشهای زیستی و غیرزیستی در گیاهان موثر باشد. در این تحقیق، برهمکنش تغذیه آهن و سیلیکون در گیاه برنج رقم طارم بررسی شد. گیاهان در گلخانه تحت تیمارهای صفر، 2 و 10 میلی‌گرم آهن در لیتر به صورت Fe- EDTA و سیلیکون در دو سطح 0 و 5/1 میلیمولار به صورت سیلیکات سدیم کاشته شدند. آزمایش پس از سه هفته تیماردهی خاتمه داده شده و گیاهان برای بررسی رشد و تجزیه بیوشیمایی برداشت شدند. کمبود آهن منجر به کاهش وزن تر، میزان کلروفیل، کاروتنوئیدها و میزان آهن بخش هوایی گیاه شد. همچنین فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، گایاکول پراکسیداز دیواره‌ای و محلول و پلی فنلاکسیداز در بخشهوایی و آسکوربات پراکسیداز در ریشه و بخش هوایی در کمبود آهن کاهش و میزان پراکسیدهیدروژن در ریشه و پر اکسیداسیون لیپید در بخشهوایی در کمبود آهن افزایش یافت. در مقابل، تغذیه سیلیکون منجر به افزایش وزن تر گیاه، میزان کلروفیل، کاروتنوئید و میزان آهن گیاه شد. اثر تغذیه بهینه آهن و کاربرد سیلیکون در رشد گیاه افزایشی بود. تغذیه سیلیکون فعالیت گایاکول پراکسیداز محلول و دیواره‌ای ریشه و بخشهوایی و کاتالاز بخشهوایی را افزایش داد. لهذا با کاربرد سیلیکون میزان پراکسیدهیدروژن ریشه و پراکسیداسیون لیپیدی بخشهوایی کاهش یافت. این نتایج نشان میدهد که تغذیه سیلیکون می‌تواند اثرات زیان‌بار کمبود آهن را در گیاه برنج در مرحله رشد رویشی کاهش دهد.
کلمات کلیدی: آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت، برنج، تغذیه سیلیکون و کمبود آهن.
مقدمه
آهن یکی از عناصر ضروری برای تمامی گیاهان عالی است که مقدار آن در خاکها به طور متوسط 8/3 درصد تخمین زده میشود .(Lindsay, 1979) آهن در همه موجودات زنده به عنوان یک کوفاکتور مهم در مسیرهای متابولیکی زیستی نقش تعیینکنندهای دارد (Audebert, 2006). این عنصر ترکیب ساختمانی ملکول‌های دارای هم مانند پورفیرین، سیتوکروم، و ملکول‌های غیر هم مانند فرودوکسین و پروتئینهای آهن- گوگرد است که در واکنش‌های اکسیداسیون و احیا تنفسی و فتوسنتز نقش دارند. همچنین آهن در سیستم‌های آنزیمی، سیتوکروم اکسیداز، کاتالاز، پراکسیداز، اکونیتاز، غیراشباعکردن اسیدهای چرب، سنتز کلروفیل شرکت می‌کند. نقش اصلی آهن زمانی خودش را بهتر نشان میدهد که کمبود آهن باعث زردی برگ‌های جوان میشود. کمبود آهن در مرکبات و غلات مشکل عمده تغذیه گیاه در خاک‌های آهکی محسوب میشود (Perez-Sanz et al., 2002). علایم کمبود آهن ابتدا در جوان‌ترین برگ‌ها به صورت زردی بین رگبرگی بروز می‌کند و سرانجام پهنک برگ به رنگ زرد یا حتی سفید در می‌آید(Marschner, 1995) . این نشانه‌ها معمولاً میتوانند در مراحل مختلف رشد مثل جوانهزنی، رشد رویشی و حتی در مرحله زایشی در برنج بروز کنند(Becker and Asch, 2005: Sahrawat, 2004) . کمبود آهن با کاهش کلروفیل و صدمه به واکنش‌های اکسیداسیون و احیا به فتوسنتز صدمه می‌زند. علاوه بر این یکی از مکانیسم‌های اصلی کاهش رشد در کمبود آهن تولید گونههای فعال اکسیژن یا ROS می‌باشد که شامل رادیکال‌های سوپراکسید (O2-)، پراکسید هیدروژن (H2O2) و هیدروکسیل (OH-) می‌باشد (Laspina et al., 2005). افزایش میزان پراکسید هیدروژن و رادیکال‌های آزاد اکسیژن در کمبود پتاسیم در گیاه سویا ((Miao et al., 2010 گزارش شده است. رادیکال‌های آزاد میتوانند کلروفیل را اکسید نمایند و در انتقال الکترون فتوسنتزی اختلال ایجاد کنند. گیاهان برای پالایش ROSدارای مکانیسم آنزیمی شامل کاتالاز، پراکسیداز، آسکوربات پراکسیداز، سوپراکسیددیسموتاز و گلوتاتیون ردوکتاز و غیرآنزیمی شامل گلوتاتیون، آسکوربات و کاروتنوئیدها هستند.(Tiryakioglu et al., 2006) کمبود عناصر با ایجاد تنش اکسیداتیو پراکسیداسیون لیپید در گیاه را افزایش میدهد (Tewari et al., 2007: Miao et al., 2010). محققان متعددی تخفیف تنش اکسیداتیو ایجاد شده در اثر عوامل تنش‌زای مختلف با تغذیه سیلیکون را گزارش کرده‌اند.
سیلیکون به عنوان دومین عنصر ساختمانی بعد از اکسیژن در پوسته زمین و خاک می‌باشد (Richmond and Sussman, 2003) که در گیاهان به عنوان یک عنصر غیرمتحرک بوده و ضروری تلقی نمیشود. هر چند بسیاری از گیاهان عالی از جمله برنج برای رشد و نمو طبیعی خود به سیلیکون نیاز دارند (Richmond and Sussman, 2003: Ma, 2004: Currie and Perry, 2007). میزان سیلیکون در خاک کمتر از یک تا 45 درصد وزن خشک خاک است، ولی تنها 6/0-1/0 میلیمولار آن به صورت محلول است (Sommer et al., 2006)، که به فرم اسید سیلیسیک Si(OH)4 (یا فرم یونیزه شده Si(OH)3O- در PH بیشتر 9) توسط گیاهان قابل جذب می‌باشد. میزان آن در گیاهان از1/0 تا 10 درصد از وزن خشک گیاه را شامل میشود که تقریباً برابر با عناصر پرمصرف است (Hodson et al., 2005). اثرات مفید سیلیکون در گیاهان بیشتر مربوط به افزایش مقاومت گیاهان در برابر تنشهای زیستی و غیرزیستی می‌باشدMa and Yamaji, 2006: ) (Liang et al., 2007. سیلیکون از طریق ایجاد کمپلکس و مهار انتقال فلزات سنگین از ریشه به بخش هوایی، بخشبندی یونهای فلزی در درون گیاه و تحریک سیستم آنتی‌اکسیدانت در گیاهان، سمیت برخی از فلزات سنگین را در گیاهان کاهش میدهد (Neumann and Zur Nieden, 2001: Gong et al., 2005: Shi et al., 2005). اثرات تخفیفی سیلیکون در گیاهان در برابر تنشهای غیرزیستی اغلب با تغییر فعالیت آنزیم‌های اکسیداتیو همراه است، هرچند مکانیسم‌های درگیر در این عمل چندان شناخته شده نیست (Miao et al., 2010: Liang et al., 2007). سیلیکون با تغییر در فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدانت نقش مفیدی در افزایش تحمل شوری (Zhu et al., 2004: Al-Aghabary et al., 2005)، خشکی (Gong et al., 2005) و سمیت منگنز (Shi et al., 2005)، بور (Gunes et al., 2007) و کادمیومVaculik et al., 2009: Shi et al., 2010) ) ایفا می‌کند، هرچند در حیطه دانش ما پژوهش زیادی در ارتباط با نقش تغذیه سیلیکون در کمبود عناصر ضروری از جمله آهن صورت نگرفته است و تنها نقش مفید این عنصر در کمبود پتاسیم در گیاه سویا گزارش شده است ((Miao et al., 2010.
برنج به عنوان یک گیاه انباشته کننده سیلیکون به عنوان گیاه مدل در جذب و انتقال و تغذیه سیلیکون استفاده میشود Mitani and Ma, 2005)). با توجه به اهمیت روزافزون برنج به عنوان ماده غذایی ارزشمند در جیره غذایی انسانها، تحقیق در مورد کمبود آهن که در مزارع برنج باعث کاهش عملکرد محصول میشود، اهمیت زیادی دارد. تغذیه سیلیکون ممکن است در کاهش صدمات کمبود آهن در گیاه برنج موثر باشد. لذا در این پژوهش گیاه برنج در شرایط کمبود آهن در فقدان و حضور سیلیکون کاشته شده و عواملی مانند میزان کلروفیل، کاروتنوئیدها، پراکسیداسیون لیپید، پراکسید هیدروژن، و فعالیت برخی آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت ارزیابی گردید تا درک بهتری از راه‌های آسیب و مسیرهای احتمالی افزایش تحمل به کمبود آهن با تغذیه سیلیکون فراهم شود.
مواد و روش‌ها
کشت گیاهان
بذرهای گیاه برنج رقم طارم (Oryza Sativa L.) از مرکز تحقیقات برنج آمل تهیه گردید و با استفاده از الکل و هیپوکلریت سدیم ضدعفونی شد. بذور برای جوانهزنی در داخل حوله کاغذی مرطوب در اتاقک کشت قرار گرفتند. پس از گذشت چهار روز بذور جوانه زده به گلدان‌های حاوی شن غربال و کاملاً شسته شده انتقال داده شدند. هر چهار گلدان در یک تشتک قرار گرفته و با 8 لیتر محلول غذایی غرقاب شدند. سطح و کف گلدان‌ها با فواصل دو سانتیمتری سوراخ شد تا تبادل محلول غذایی بین تشت و گلدان آسان گردد. محلول مورد استفاده برای کشت، یوشیدا Yoshidaبود که براساس تیمارهای آهن و سیلیکون تعدیل شد. طرح آزمایش بلوک‌های کامل تصادفی و در قالب فاکتوریل بود. عامل آهن در سه سطح 0، 2 و 10 (شاهد) میلی‌گرم در لیتر به صورت Fe-EDTA و عامل سیلیکون در دو سطح صفر و 5/1 میلیمولار به صورت Na2SiO3 به گیاه داده شد. تیماردهی از هفته دوم کشت شروع شد. اسیدیته محلول غذایی تشتک‌ها به صورت روزانه بین 5/5 تا 6 تنظیم گردید و در پایان هر هفته، محلول درون تشتک‌ها تعویض شد. در طول دوره آزمایش حداکثر و حداقل دمای روز و شب به ترتیب 32 و 19 درجه سانتیگراد و میانگین رطوبت نسبی 74 درصد بود. گیاهان پس از سه هفته تیماردهی برای بررسی رشد و تجزیه بیوشیمایی برداشت شدند.
عناصر سیلیکون و آهن
غلظت آهن در گیاه با دستگاه جذب اتمی مدل Shimadzu AA 7000 پس از استخراج بافتهای گیاهی با اسید تعیین شد. استخراج و اندازهگیری سیلیکون به روش Elliot و Synder (1991) انجام گرفت.
اندازهگیری پراکسیداسیون لیپید، پراکسید هیدروژن، کلروفیل و کاروتنوئید
اندازهگیری مقدار مالوندیالدهید (MDA) به عنوان شاخص پراکسیداسیون لیپید بر طبق روش Heath و Packer (1968) صورت گرفت. عصاره گیاهان بوسیله دو میلیلیتر اسید تریکلرواستیک 1/0 درصد استخراج شد. برای اندازهگیری از معرف اسید تیوباربیتوریک/ اسید تری کلرو استیک (TBA/TCA) شامل TBA 25/0 درصد در TCA 10 درصد در دمای 95 درجه استفاده شد. جذب محلول بدست آمده به روش فتومتریک و در 3 طول موج 440، 532 و 600 نانومتر ثبت شد. عمل استخراج پراکسید هیدروژن بر طبق روش Chen و همکاران (2000) بوسیله بافر فسفات 50 میلی مولار با اسیدیته 5/6 حاوی هیدروکسیلآمین 1 میلیمولار در دمای 4 درجه سانتیگراد انجام شد. اندازهگیری پراکسیدهیدروژن با استفاده از معرف کلرید تیتانیوم (کلریدتیتانیوم 1/0 درصد (حجم/حجم) حل شده در اسید سولفوریک 20 درصد)، در طول موج410 نانومتر انجام گرفت. ضریب خاموشی برای محاسبه مقدار کمپلکس تیتانیوم- پراکسید هیدرژن 28/0 (µmol-1cm-1) می‌باشد. برای سنجش میزان کلروفیل و کاروتنوئید از روش Lichtenthaler (1987) استفاده شد.
فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز محلول و دیواره‌ای، پلی‌فنل‌اکسیداز و آسکوربات پراکسیداز
عصاره آنزیمی لازم برای اندازهگیری فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز محلول و پلی‌فنل‌اکسیداز با استفاده از بافر فسفات 100 میلیمولار با اسیدیته 8/6 از بافت تر گیاهان استخراج شد. برای استخراج عصاره آنزیمی پراکسیداز دیواره‌ای رسوب حاصل از سانترفیوژ عصاره فوق‌الذکر چند بار با آب مقطر شستشو داده شده و در کلرید سدیم یک مولار حل شد (Liu and Huang, 2000). فعالیت آنزیمها از روش اسپکتروفتومتری و با دستگاه (Shimidzo UV-160) اندازهگیری شد. فعالیت آنزیم کاتالاز و پراکسیداز با استفاده از روش Kar و Mishra(1976) صورت گرفت. فعالیت این آنزیم در مد سینتیک و در طول موج 240 نانومتر اندازهگیری شد. سه میلیلیتر مخلوط واکنش شامل بافر فسفات 50 میلی مولار با 8/6PH=، آب اکسیژنه 15 میلیمولار و 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی بود. با اضافه کردن عصاره به محیط واکنش تجزیه H2O2 توسط آنزیم شروع میشود. برای اندازهگیری فعالیت آنزیم پراکسیداز محلول و دیواره‌ای
