Authors
1 * Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University of Tehran
2 Department of Plant Biology, Faculty of Biological Sciences, Tarbiat Modares University of Tehran, Iran
3 Institute of Agriculture Biotechnology, Karaj, Iran
Abstract
Keywords
هر یک از عناصر کم مصرف نقش خاصی را در گیاه ایفا می‌کنند و وجود این عناصر در حد کفایت برای کامل کردن چرخه زندگی و رشد گیاه لازم است. نقش این عناصر از واکنش‌های بسیار ساده تا خیلی پیچیده را در بر می‌گیرد و نقش یک عنصر ریزمغذی را عنصر دیگر نمی‌تواند به عهده بگیرد. در این میان، عنصر روی جایگاه ویژه‌ای داشته و کمبود آن در کنار برخی دیگر از ریزمغذی‌ها، مانند آهن در مقیاس جهانی قابل مشاهده است (Malakoti and Tehrani, 2001). از سوی دیگر، در میان گیاهان زراعی، ذرت از جمله گیاهانی است که بیشترین حساسیت را به کمبود عنصر روی به دلیل نیازهای بیوشیمیایی دارد (Marschner, 1995). از تأثیرات معمولی تنش خشکی همانند سایر تنش‌های محیطی ایجاد آسیب‌های اکسیداتیو است. از جمله خسارت‌های اکسیداتیو که بر اثر رادیکال‌های اکسیژن ایجاد می‌گردد، می‌توان به خسارت اکسیداتیو به لیپیدها، پروتئین‌ها و DNA اشاره نمود و در این خصوص تولید گونه‌های اکسیژن فعال منجر به پراکسیداسیون لیپیدها (Chen et al., 2000) و از بین رفتن پروتئین (Jiang and Huang, 2001) می‌گردد، اما در برابر بروز چنین خسارت‌هایی، گیاهان به منظور حفاظت در برابر گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)، به دفاع آنتی‌اکسیدانتی مانند ترکیبات آنزیم‌های سوپر اکسید دسموتاز (SOD) و کاتالاز (CAT) مجهز هستند ((Agarwal et al., 2005.
در گیاهان تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) برای تطابق و سازگاری و تحمل آنها به انواع تنش‌های زنده و غیرزنده به شمار می‌روند (Dat et al., 2009) و در این میان، فعالیت آنزیم‌هایی مانند کاتالاز (CAT)، پراکسیداز (POD) و سوپراکسیددسموتاز (SOD) موجب خنثی سازی فعالیت ROS تولید شده در سلول‌ها می‌گردد و تولید ROS در سلول‌های گیاهی موجب تحریک و افزایش فعالیت آنزیم‌های اشاره شده، شامل: کاتالاز، پراکسیداز، سوپراکسیددسموتاز و اسکوربات پراکسیداز می‌شود (Dat et al., 2009).
مصرف خاکی ریزمغذی‌ها، علاوه بر پایین بودن راندمان انتقال آن به گیاه، از لحاظ اقتصادی نیز بسیار پرهزینه است و ازاین رو، می‌توان از روش‌های جایگزین مانند محلول‌پاشی بهره جست. همچنین، در بخشی از مطالعه نگارندگان بر روی تأثیرات محلول‌پاشی عنصر روی و اکسین بر برخی صفات کمی و کیفی ذرت دانه‌ای در شرایط کمبود آب افزایش احتمالی سطح فعالیت برخی از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت در واکنش به محلول‌پاشی‌ها بررسی گردید.
اکسین‌ها گروه کوچکی از هورمون‌های گیاهی هستند که نقش محوری در تنظیم رشد و نمو گیاه ایفا می‌کنند (Sen, 2000) و با توجه به اینکه رشد و نمو ریشه تحت تاثیر هورمونی است و رشد طولی محور اصلی و آغاز رویش ریشه‌های فرعی در درجه نخست به‌وسیله اکسین سرچشمه گرفته از بخش هوایی گیاه تحریک می‌گردد (Marschner, 1995)، از این رو، با توسعه سیستم ریشه، گیاه قادر خواهد بود نسبت به جذب بهینه عنصر روی که در شرایط کمبود رطوبت با کاهش تحرک روبه‌رو بوده، اقدام نماید و از سوی دیگر، به ذخایر بیشتر رطوبتی خاک دسترسی داشته باشد .
عنصر روی برای ساخت اکسین (IAA) از اسید آمینه ترپیتوفان و از راه تریپتامین مورد نیاز است و از سویی میزان تریپتوفان در گیاهانی که دچار کمبود عنصر روی باشند، در حد پایینی قرار دارد، که پایین بودن میزان اکسین در گیاهانی که کمبود عنصر روی دارند، ممکن است در نتیجه فعالیت زیاد آنزیم IAA – اکسیداز باشد. ایندول بوتریک اسید (IBA) نیز از جمله اکسین‌های طبیعی است که ابتدا صرفاً به عنوان یک ترکیب ساختگی شناخته می‌شد، ولی این ترکیب از بذر و برگ‌های ذرت و برخی گونه‌های گیاهی استخراج شده است (Epstein et al., 1980).
اندول بوتریک اسید (IBA) به طور گسترده‌ای به عنوان یکی از ترکیبات اکسین جهت القای ریشه‌دهی در گیاهان و قلمه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا:
1- به علت توانایی بالای این ترکیب در القای ریشه‌زایی (Weisman et al., 1988)؛
2- مسمومیت ضعیف و همچنین پایداری بالای این ترکیب در مقایسه با سایر ترکیبات اکسین، مانند نفتالین استیک اسید و اندول استیک اسید. (Blazich, 1988, Hartmann et al., 1990).
اگر چه اکسین‌ها به طور گسترده‌ای جهت ریشه‌زایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، ولی اطلاعات ناچیزی پیرامون نحوه عمل اختصاصی آنها و تأثیرات متقابل آنها با دیگر ترکیبات داخلی گیاه وجود دارد (Gaspar et al., 1997).
مواد و روش‌ها
به منظور بررسی تأثیرات ناشی از محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین (اندول بوتریک اسید) در بخش هوایی گیاه (برگ‌ها) بر روی تغییرات برخی آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت گیاه ذرت دانه‌ای، طرحی در شرایط گلخانه با استفاده از 8 تیمار به شرح جدول 1 در قالب بلوک‌های کامل تصادفی در 3 تکرار به اجرا درآمد.
جدول1- تیمارهای محلول‌پاشی در مطالعه فعالیت برخی آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت گیاه ذرت دانه‌ای
|
تیمار محلول‌پاشی |
شماره تیمار |
|
سولفات روی+ اکسین) IBA (+ Tween 20 سولفات روی + Tween 20 کلات روی+ اکسین) IBA ( + Tween 20 کلات روی + Tween 20 اکسین Tween 20 +(IBA) ماده مومی ) سورفکتانتTween 20 ( آب بدون محلول‌پاشی |
1 2 3 4 5 6 7 8 |
محلول‌پاشی در آستانه ظهور گل‌های تاجی؛ یعنی در مرحله 5/3 بر اساس تقسیم‌بندی هانوی (Hanway, 1971) در سه نوبت با فواصل زمانی 2 روز تکرار گردید. غلظت عنصر روی در محلول به‌صورت 5 در هزار ( 5 گرم در لیتر ) و غلظت اندول بوتریک اسید نیز 10 میلی گرم در لیتر در نظر گرفته شد. محلول‌پاشی عنصر روی و اندول بوتریک اسید با فاصله زمانی 24 ساعت و به‌صورت غیرمخلوط انجام شد تا از احتمال اختلال در جذب جلوگیری گردد. به منظور افزایش مدت زمان ماندگاری ترکیبات مختلف محلول‌پاشی بر روی بوته‌ها، از ماده‌ای چسبنده و مومی به نام توین 20 با نسبت 5/0 درصد حجمی استفاده گردید و همچنین، جهت انحلال بهتر تنظیم‌کننده اندول بوتریک اسید در آب از الکل استفاده شد. محلول‌پاشی تیمارهای مختلف عنصر روی در ساعات اولیه صبح صورت گرفت؛ یعنی در زمانی‌که درجه حرارت پایین بوده، ترکیبات بلافاصله تبخیر نگردند و از سوی دیگر، با توجه به تأثیرات سوء عامل نور بر روی تنظیم‌کننده اکسین، محلول‌پاشی‌ها در آستانه غروب خورشید و حداقل شدت روشنایی صورت گرفت تا بدین شکل هم از تأثیرات سوء نور جلوگیری شده باشد و هم تا هنگام صبح مدت زمان مناسبی جهت جذب بهینه محلول توسط گیاهان وجود داشته باشد. جهت نمونه‌گیری از بوته‌ها، 2 هفته پس از انجام محلول‌پاشی برگ‌های 3 بوته از هر یک از تیمارهای مختلف از ساقه جدا و از آنها نمونه ای مرکب تهیه گردید و از این نمونه‌ها جهت سنجش سطوح فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت استفاده شد. با توجه به اینکه انجام هر یک از مراحل سه گانه محلول‌پاشی احتمالاً بر روی سطوح فعالیت و مقادیر آنزیم‌ها مؤثر است، لذا پس از هر یک از نوبت‌های محلول‌پاشی، نمونه‌گیری از بوته‌ها تهیه شد و بلافاصله آنها در مخزن نیتروژن مایع قرار گرفته و سپس به آزمایشگاه منتقل و در دمای 80- درجه سانتی‌گراد نگهداری شدند.
روش عصاره گیری و استخراج آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانتی
نمونه‌های فریز شده (200 میلی‌گرم وزن تر)، در3 میلی‌لیتر بافر تریس 1/0 میلی‌مولار (5/7pH=) ساییده و با دور 12000 × 20 دقیقه سانتریفیوژ شد (مراحل فوق در 4 درجه سانتی‌گراد انجام شد). از این عصاره برای سنجش آنزیم‌های زیر استفاده شد. با استفاده از روش فتوشیمیایی (Cakmak and Horst, 1991) سنجش فعالیت آنزیم‌های کاتالاز (CAT) و سوپراکسید دیسموتاز (SOD) به ترتیب در طول موج‌های 240 و 560 نانومتر با اسپکتروفتومتر قرائت شد. فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز (POD) نیز با استفاده از روش فتوشیمیایی ((Morita et al., 2006 با جذب نوری 470 نانومتر تعیین شد. در نهایت، برای سنجش آنزیم پلی فنل اکسیداز (PPO) از روش (Khan, 1975) استفاده شد که جذب نوری عصاره آنزیمی نیز در طول موج 410 نانومتر قرائت شد. جهت سنجش آنزیم اکسین-اکسیداز (IAA-Oxidase) از روش (Beffa et al., 1990) با جذب نوری 535 نانومتر استفاده شد.
جدول 2- تجزیه واریانس اثر محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین بر فعالیت برخی آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت در برگ ذرت
|
منبع تغییرات S.O.V |
درجه آزادی d.f |
میانگین مربعات (MS) |
|||||
|
فعالیت کاتالاز (CAT) |
فعالیت پراکسیداز (POD) |
فعالیت سوپراکسید دسموتاز (SOD) |
پلی فنل اکسیداز (PPO) |
اکسین اکسیداز (Aux-Oxi) |
|||
|
تکرار نوع محلول‌پاشی تکرار ´ نوع محلول‌پاشی نوبت محلول‌پاشی نوع محلول‌پاشی ´ نوبت محلول‌پاشی تکرار ´ نوبت محلول‌پاشی ضریب تغییرات (% CV) |
2 7 14 2 14 4 - |
ns 0301/0 ** 575/0 014/0 ** 02/3 ** 475/0 029/0 51/19 |
ns 17/0 ** 72/4 285/0 ** 43/6 ** 08/2 36/0 09/13 |
ns 37/24 ** 67/35 32/6 ** 54/1042 ** 10/22 57/7 16/7 |
ns 0000002/0 ** 000008/0 0000006/0 ** 000004/0 ** 000004/0 000001/0 27/39 |
ns 32/0 ** 83/1 1963/0 ** 20/31 ** 244/1 099/0 87/8 |
|
** و ns به ترتیب معنی‌دار در سطح 1% و غیر معنی‌دار
جدول 3- مقایسه میانگین اثر نوع محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین بر روی فعالیت تعدادی از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت در برگ‌های ذرت دانه‌ای
|
اکسین اکسیداز (Aux-Oxi) ΔAbs /mg protein |
پلی فنل اکسیداز (PPO) Δ Abs 410/mg protein |
سوپراکسید دسموتاز (SOD) Δ Abs 560/mg protein |
پراکسیداز (POD) ΔAbs 470/mg Protein |
کاتالاز (CAT) ΔAbs 240/mg protein |
نوع تیمار محلول‌پاشی spraying treatments no. |
|
e 85/3 a 95/4 ab 90/4 e 75/3 cde 11/4 abc 59/4 abc 58/4 bcd 37/4 |
c 0009/0 a0032/0 a003/0 c 0013/0 a 003/0 ab 0024/0 bc0015/0 c0006/0 |
c 95/20 ab 08/24 ab 38/24 ab 85/23 ab 97/23 c 74/19 a 96/25 b 35/23 |
a 802/4 a 239/5 a 819/4 a 704/4 a 180/5 b 530/3 b 700/3 b 560/3 |
a 921/0 b 676/0 a 106/1 bc 544/0 bc 490/0 bc 580/0 a 950/0 c 402/0 |
سولفات روی+اکسین+توین 20 سولفات روی + توین 20 کلات روی + اکسین +توین 20 کلات روی + توین 20 اکسین + توین 20 توین 20 آب بدون محلول‌پاشی |
میانگین‌های دارای حرف مشترک از نظر آماری در سطح احتمال آزمون F تفاوت معنی‌دار ندارند.
جدول 4- مقایسه میانگین اثر تعداد نوبت محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین بر روی فعالیت تعدادی از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانتی در برگ‌های ذرت دانه‌ای
|
فعالیت کاتالاز (CAT) ΔAbs 240/mg protein |
فعالیت اکسین اکسیداز (Aux-Oxi) Δ Abs /mg protein |
فعالیت سوپراکسید دسموتاز (SOD) Abs 560/mg proteinΔ |
فعالیت پراکسیداز (POD) ΔAbs 470/mg protein |
تعداد نوبت محلول‌پاشی spraying times |
|
c 44/0 b 57/0 a 11/1 |
b 00/4 c 49/3 a 67/5 |
b 54/19 b 42/19 a 90/30 |
b 02/4 b 29/4 a 02/5 |
1 2 3 |
میانگین‌های دارای حرف مشترک از نظر آماری در سطح احتمال آزمون F تفاوت معنی‌دار ندارند.
نتیجه‌گیری و بحث
با توجه به جدول تجزیه واریانس اثر تیمارهای محلول‌پاشی عنصر روی (Zn) و تنظیم‌کننده رشد اکسین (IBA) بر روی صفات مورد بررسی، چنین مشاهده می‌گردد که اثر نوع محلول‌پاشی بر روی سطوح فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز، سوپراکسیددسموتاز، پلی فنل اکسیداز و اکسین اکسیداز اثر معنی‌دار داشت. در میان آنزیم‌های مورد بررسی، فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز نسبت به سایر آنزیم‌های مطالعه شده کمتر تحت تأثیر قرار گرفته است؛ هر چند این اثر معنی‌دار بود. نوبت‌های محلول‌پاشی نیز بر روی فعالیت آنزیم‌ها به استثنای سطح فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز تأثیرات معنی‌داری داشته است. اثر متقابل نوع و نوبت محلول‌پاشی نیز بر روی فعالیت کلیه آنزیم‌های مورد مطالعه معنی‌دار بود. بنابراین، در خصوص آنزیم‌های مورد بررسی سطوح فعالیت آنها عموماً متأثر از تیمارهای محلول‌پاشی و همچنین دفعات محلول‌پاشی گردیده است و در این میان، تنها سطوح فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز است که نسبت به نوبت‌های محلول‌پاشی واکنشی نشان نداده است.
جدول 5- مقایسه میانگین اثر متقابل نوع و نوبت محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین بر روی تعدادی از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت در برگ‌های ذرت دانه‌ای
|
اکسین اکسیداز ( AUX-OXI ) ΔAbs /mg protein |
پلی فنل اکسیداز (PPO) ΔAbs 410/mg protein |
سوپر اکسید دسموتاز (SOD) ΔAbs 560/mg protein |
پراکسیداز (POD) ΔAbs 470/mg protein |
کاتالاز (CAT) ΔAbs 240/mg protein |
نوبت محلول‌پاشی spraying times |
نوع محلول‌پاشی spraying treatments |
|
ef 87/3 |
a 005/0 |
f 66/17 |
Cde 37/4 |
cde 87/0 |
1 |
سولفات روی + اکسین + توین 20 |
|
f 29/3 |
b..g 002/0 |
F 91/17 |
Cdef 04/4 |
cd 98/0 |
2 |
سولفات روی + اکسین + توین 20 |
|
cde40/4 |
fg0004/0 |
cd 28/27 |
ab 99/5 |
cd 91/0 |
3 |
سولفات روی + اکسین + توین 20 |
|
ef 90/3 |
b.g 002/0 |
F 92/17 |
Cde 44/4 |
h 28/0 |
1 |
سولفات روی + توین 20 |
|
ef 58/3 |
b.g 002/0 |
ef 96/20 |
abc 26/5 |
cde 86/0 |
2 |
سولفات روی + توین 20 |
|
a 38/7 |
b.g 002/0 |
B 37/33 |
ab 02/5 |
cde 89/0 |
3 |
سولفات روی + توین 20 |
|
ef 94/3 |
b..e003/0 |
Ef 47/21 |
bcd 88/4 |
gh 43/0 |
1 |
کلات روی + اکسین + توین 20 |
|
ef 61/3 |
b.g 002/0 |
ef 64/19 |
cde 42/4 |
fgh 51/0 |
2 |
کلات روی + اکسین + توین 20 |
|
a 14/7 |
b004/0 |
b 03/32 |
bcd 16/5 |
a 37/2 |
3 |
کلات روی + اکسین + توین 20 |
|
ef 70/3 |
b..f 0024/0 |
Ef 37/20 |
defg 96/3 |
h 22/0 |
1 |
کلات روی + توین 20 |
|
ef 39/3 |
d..g 0013/0 |
Ef 03/20 |
bcd 90/4 |
gh 36/0 |
2 |
کلات روی + توین 20 |
|
ef 17/4 |
fg 0004/0 |
bc 14/31 |
abc 26/5 |
c 06/1 |
3 |
کلات روی + توین 20 |
|
ef 87/3 |
efg 0011/0 |
f 65/18 |
cdefg 99/3 |
fgh 46/0 |
1 |
اکسین + توین 20 |
|
f 30/3 |
b..e003/0 |
Ef 18/19 |
abcd 10/5 |
h 31/0 |
2 |
اکسین + توین 20 |
|
bcd 15/5 |
bc0035/0 |
ab 08/34 |
a 44/6 |
defg 69/0 |
3 |
اکسین + توین 20 |
|
ef 08/4 |
bcd 0032/0 |
f 47/17 |
fg 78/2 |
fgh 48/0 |
1 |
توین 20 |
|
ef 62/3 |
d.g0012/0 |
F 63/17 |
cdef 08/4 |
fgh 46/0 |
2 |
توین 20 |
|
b 05/6 |
b..e003/0 |
De 13/24 |
defg 75/3 |
cdef 80/0 |
3 |
توین 20 |
|
def 28/4 |
c..g 0016/0 |
Ef 97/20 |
fg 80/2 |
fgh 52/0 |
1 |
آب |
|
ef 72/3 |
fg0006/0 |
f 50/18 |
efg 35/3 |
efgh 56/0 |
2 |
آب |
|
b 76/5 |
b.g 002/0 |
A 40/38 |
bcd 94/4 |
b 76/1 |
3 |
آب |
|
cde 39/4 |
fg0007/0 |
ef 80/21 |
bcd 93/4 |
h 27/0 |
1 |
بدون محلول‌پاشی |
|
ef 41/3 |
fg0009/0 |
ef 52/21 |
efg 17/3 |
fgh 53/0 |
2 |
بدون محلول‌پاشی |
|
bc 31/5 |
g0002/0 |
cd 74/26 |
g 59/2 |
gh 41/0 |
3 |
بدون محلول‌پاشی |
میانگین‌های دارای حرف مشترک از نظر آماری در سطح احتمال آزمون F تفاوت معنی‌دار ندارند.
بر اساس جدول 3 اثر محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین (IBA) چنین مشاهده می‌گردد که در رابطه با سطوح فعالیت آنزیم کاتالاز تیمارهای محلول‌پاشی کلات روی + اکسین + توین 20 (تیمار 3)، آب (تیمار 7) و تیمار سولفات روی + اکسین + توین 20 (تیمار 1) به ترتیب، بیشترین سطح فعالیت این آنزیم را نشان داده‌اند و در واقع، تیمارهای محلول‌پاشی ذکر شده قادرند با افزایش سطح فعالیت این آنزیم سطح تحمل گیاه ذرت را نسبت به بروز شرایط کمبود آب ارتقا دهند که در این رابطه Jung و همکاران (2006) به نقش CAT در افزایش سطح تحمل به تنش در موتانت‌های ذرت در مواجهه با تنش پس از گرده‌افشانی اشاره داشته‌اند و در تحقیقی دیگر، بالا بودن سطح CAT و SOD در ارقام مقاوم نسبت به ارقام حساس گندم در برابر شرایط تنش خشکی گزارش شده است .(Feng et al., 2004)
Jiang و Huang (2001) در بررسی اثر آبسیسیک اسید (ABA) بر گونه‌های فعال اکسیژن (AOS) سیستم دفاع آنتی‌اکسیدانتی و خسارت اکسیداتیو در برگ گیاهچه‌های ذرت را با غلظت‌های مختلف ABA بررسی و چنین مشاهده نمودند که با افزایش سطح غلظت ABA مقادیر فعالیت‌های آنزیم‌های کاتالاز، سوپراکسید دسموتاز، اسکوربات پراکسیداز و گلوتاتیون ریداکتاز افزایش نشان داده که در واقع، نقش تعدیل کنندگی خسارت را بر عهده دارند. با این دیدگاه، چنین استنباط می‌گردد که 3 تیمار محلول‌پاشی مورد اشاره توانسته‌اند با افزایش سطح فعالیت آنزیم کاتالاز (CAT) گیاه را در سطح مطلوبتری از تحمل به کمبود آب قرار دهند. در واقع CAT به عنوان یک آنزیم آنتی‌اکسیدانت به سرعت H2O2 را از بین می‌برد و این در شرایطی است که افزایش غلظت اکسین (اندول بوتریک اسید) می‌تواند از طریق اثر بر غلظت ABA در بافت گیاهی اثر گذار باشد.
تیمارهای سولفات روی + اکسین + توین 20 (تیمار یک)، سولفات روی + توین 20 (تیمار دو)، کلات روی + اکسین + توین 20 (تیمار سه)، کلات روی + توین 20 (تیمار چهار) و اکسین + توین 20 (تیمار پنج) در مجموع به‌طور مشابهی به ترتیب بالاترین سطح فعالیت آنزیم پراکسیداز را نشان دادند. ظاهراً دیواره سلولی محل اصلی تجمع تعدادی از ایزوآنزیم‌های پراکسیداز است. در این میان، برخی از ایزوآنزیم‌های پراکسیداز نیز با سطح سلول پیوند برقرار نموده‌اند که می‌توانند به سادگی تحت شرایط مختلف تنش آزاد شده، وارد محلول آپوپلاست گردند.
تعدادی از پراکسیدازهای سطحی نیز به گونه‌ای مستحکم با غشای پلاسما پیوند برقرار نموده‌اند (Matters and Scandalios, 1987). البته، اعتقاد بر این است که بیوسنتز و تراوش پراکسیدازها ایوپلاستی که در ابتدا موجود است، امکان دارد از طریق تغییر شرایط محیطی تنظیم گردد (Dat et al., 2000).
به نظر می‌رسد پراکسیدازها عموماً به عنوان آنزیم‌های مسمومیت زدای گونه‌های اکسیژن فعال عمل می‌کنند، زیرا هیدروژن پراکسید (H2O2) ماده‌ای است که برای دامنه گسترده‌ای از واکنش‌های وابسته به پراکسیداز به عنوان ماده پذیرنده الکترون عمل می‌کند.
در این میان، پراکسیدازها در امر شکستن H2O2 از طریق چندین ساز و کار مختلف عمل می‌کند (Kawano, 2003). بنابراین چنین استنباط می‌گردد که محلول‌پاشی تیمارهای برتر از لحاظ سطوح فعالیت آنزیم پراکسیداز موجب شکسته شدن هیدروژن پراکسید در سلول خواهد شد. بدین شکل از تولید ROS ها جلوگیری می‌نماید و بنابراین، با بالا رفتن سطوح فعالیت این آنزیم گیاه کمتر مورد تهاجم ROS ها قرار می‌گیرد، زیرا اصولاً آنزیم‌های CAT و POD به عنوان اصلی‌ترین آنزیم‌های از بین برنده H2O2 شناخته شده‌اند.
نوع تیمارهای محلول‌پاشی که بیشترین سطح فعالیت POD را نشان دادند، حاکی از آن است که اکسین و ترکیبات آن بر فعالیت POD اثرگذار است و برعکس سطوح فعالیت POD نیز در تنظیم سطوح اکسین دخالت دارند. از سوی دیگر، به علت نقش اکسین در امر ریشه‌زایی در گیاه و به ویژه ریشه‌های جانبی، این امکان وجود دارد که تغییر در فعالیت‌های آنزیمی با تجمع مواد سنتزی در ساقه در مراحل پس از محلول‌پاشی تنظیم‌کننده رشد اکسین (IBA) در ارتباط باشد (Quddoury and Amssa, 2004).
اصولاً آنزیم‌های اکسیداتیو مانند POD که به‌طور گسترده‌ای در گیاهان عالی وجود دارند، اثر غیرمستقیمی بر طی مراحل آغازین ریشه‌زایی دارند. قابلیت اثرگذاری کاربرد خارجی اکسین (IBA) که خود بستگی به سطح فعالیت آنزیم اکسین اکسیداز (Aux. Oxi.) دارد، ممکن است از طریق عمل دو آنزیم اکسیداتیو POD و پلی فنل اکسیداز (PPO) پنهان باقی بماند (Basak et al., 2000)، بنابراین، با اعمال تیمارهای محلول‌پاشی با ترکیبات اشاره شده، انتظار می‌رود بر میزان تحمل گیاه با فعالیت بیشتر آنزیم‌های دفاعی و مقادیر بالاتر آنتی‌اکسیدانت‌های آنزیمی افزوده گردد. نتایج مشابهی بر روی گیاهان ذرت، خیار، ارزن و سیب‌زمینی نیز مشاهده شده است و در ارقام حساس به سرمازدگی فعالیت این گروه از آنزیم‌ها در طی ساعات اولیه بروز تنش به‌طور درخور توجهی کاهش یافته است (Liu et al., 1996).
علاوه بر تیمارهای محلول‌پاشی محتوی اکسین، کلیه تیمارهای محتوی عنصر روی اعم از سولفات و کلات روی هم در حضور و هم در غیاب تنظیم‌کننده رشد اکسین موجب افزایش سطوح فعالیت پراکسیداز گردیده‌اند.
SOD دارای ایزوزایم‌های مختلفی است که شامل SOD-1 (در کلروپلاست)، SOD-2 و SOD-4 در سیتوزول و SOD-3 در میتوکندری قرار دارد و با افزایش اکسیژن در این اندامک‌ها تولید می‌شوند (Matters and Scandalios, 1987).
بر طبق جدول 2 اثر نوع محلول‌پاشی بر روی سطوح فعالیت پلی فنل اکسیداز (PPO) ، چنین مشاهده می‌گردد که سطوح فعالیت این آنزیم با اعمال محلول‌پاشی سولفات روی + اکسین + توین 20 نسبت به سایر تیمارهای اعمال شده، بالاترین سطح را نشان داده و در گروه‌بندی جداگانه‌ای نیز قرار گرفته است و سایر تیمارهای محلول‌پاشی تفاوتی از لحاظ سطح فعالیت این آنزیم نشان نداده‌اند. پلی فنل اکسیداز در بیشتر گیاهان عالی یافت می‌گردد و وظیفه اصلی آن کاتالیز نوعی کوئینون از فنل‌ها و در مجاورت مولکول اکسیژن است. البته، هم شرایط رشد (مانند بروز شرایط تنش) و هم نوع ژنوتیپ بر فعالیت پلی فنل اکسیداز اثر می‌گذارد.
از جمله نقش‌های اصلی این آنزیم، تأثیرات آن بر تشکیل ریشه‌های نابجا و سازماندهی و نمو ریشه است که در این رابطه (Yilmaz et al., 2003) در مطالعه‌ای بر روی فعالیت پلی فنل اکسیداز در طی مراحل ریشه‌دهی در قلمه‌های انگور به آن اشاره داشته‌اند. همچنین، از نقش‌های حساس این آنزیم در تقسیم سلولی، تمایز و نمو اولیه است (Huystee and Cairns, 1982).
Basak و همکاران (2000) در بررسی واکنش ریشه‌دهی در قلمه‌های ساقه از 5 گونه درختان مانگرو با محوریت اثر اکسین‌ها و فعالیت آنزیم‌ها چنین نتیجه گرفتند که افزایش چشمگیر صورت گرفته PPO با ریشه‌دهی برخی از این گونه‌ها ارتباط داشته است. آنها همچنین اظهار داشته‌اند که قابل استفاده بودن IAA داخلی گیاه که بستگی به سطح فعالیت آنزیم اکسین اکسیداز
(IAA-Oxidase) در آن بافت گیاهی دارد، ممکن است از طریق عمل دو آنزیم اکسیداتیو POD و PPO به‌صورت پنهان باقی بماند.
با توجه به جدول‌های 2 و 3 چنین مشاهده می‌گردد که تأثیرات نوع محلول‌پاشی بر روی سطوح فعالیت آنزیم اکسین اکسیداز اثرگذار بوده است و در میان تیمارهای مورد بررسی، تیمارهای سولفات روی + اکسین + توین 20 (تیمار یک)، کلات روی + توین 20 (تیمار چهار) و اکسین + توین 20 (تیمار پنج) در مقایسه با سایر تیمارهای محلول‌پاشی، پایین‌ترین سطح فعالیت این آنزیم را نشان داده‌اند. با توجه به تأثیرات اکسیدکنندگی و تجزیه‌کنندگی این آنزیم بر روی مقادیر IAA در بافت‌های گیاهی تیمارهای محلول‌پاشی فوق بیشترین سطح هورمون IAA را نشان دادند. با توجه به گروه‌بندی صورت گرفته بر روی سطوح فعالیت آنزیم اکسین اکسیداز چنین مشاهده می‌گردد که تیمار محلول‌پاشی سولفات روی + اکسین + توین 20 پایین‌ترین سطح فعالیت این آنزیم را نشان داد و از سوی دیگر، همین تیمار بالاترین غلظت تجمع هورمون IAA را در مطالعات تکمیلی نشان داد. بنابراین، در مقایسه بین غلظت IAA تیمارهای مختلف و سطوح فعالیت آنزیم اکسین اکسیداز نشان‌دهنده رابطه عکس آنهاست. در این رابطه Quddoury و Amssa (2004) در بررسی تأثیرات محلول‌پاشی اندول بوتریک اسید بر تشکیل ریشه و پراکسیداز و فعالیت آنزیم AUO و میزان ترکیبات فنولیک در قلمه‌های خرما به این نکته اشاره می‌نمایند که کاربرد خارجی IBA ممکن است تغییراتی را در آنزیم‌های POD و AUO ایجاد نماید که این تغییرات به تعادل هورمونی داخلی گیاه کمک می‌نماید. بعلاوه، این نکته مورد تأکید بسیاری از محققان قرار گرفته است که کاربرد اکسین‌ها تغییراتی را در متابولیسم خود این هورمون در گیاه القا نموده است که عمده آن از طریق پیوندهای هورمونی و از طریق دیگر هورمون‌ها مانند سیتوکنین ایجاد می‌شود (Gaspar et al., 1997). کاهش در فعالیت AUO و افزایش در سطوح اکسین درونی گیاه گویای آن است که اکسین جهت القای ریشه‌دهی ضروری است (Lukatkin, 2002).
اثر نوبت‌های محلول‌پاشی بر روی فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت
با توجه به نتایج تجزیه واریانس و مقایسه‌های میانگین نوبت‌های محلول (جدول 4) حاکی از عدم واکنش سطوح فعالیت آنزیم PPO نسبت به تعداد نوبت محلول‌پاشی است، اما سایر آنزیم‌های مورد بررسی به تعداد محلول‌پاشی واکنش نشان داده اند، بویژه آنکه در خصوص آنزیم‌های CAT، POD، SOD و AUO تعداد حداکثر نوبت محلول‌پاشی (3 نوبت) توانسته است حداکثر فعالیت را در کلیه آنزیم‌های مورد بررسی القا نماید. بنابراین، به احتمال زیاد تکرار تعداد دفعات محلول‌پاشی توانسته است با افزایش غیرمستقیم در غلظت محلول‌پاشی، موجب تشدید فعالیت آنزیم‌های فوق گردد، بویژه آنکه کلیه آنزیم‌ها به استثنای AUO به‌طور مستقیم تحت تأثیر تعداد نوبت‌های محلول‌پاشی قرار گرفته اند و تعداد 1، 2 و 3 نوبت محلول‌پاشی به ترتیب بیشترین سطح فعالیت آنزیم‌ها را ایجاد نمودند.
تأثیرات متقابل نوع محلول‌پاشی و نوبت‌های محلول‌پاشی بر میزان فعالیت آنزیم‌ها
جدول‌های 2 و 5 به ترتیب نتایج تجزیه واریانس و مقایسات میانگین اثر متقابل نوع محلول‌پاشی و نوبت محلول‌پاشی را بر روی سطوح فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت را در برگ ذرت دانه‌ای نشان می‌دهد. بر این اساس، اثر متقابل دو عامل ذکر شده بر روی فعالیت کلیه آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت مورد بررسی معنی‌دار بوده است که در واقع، بیان‌کننده نوعی رابطه میان دو صفت نوع و نوبت محلول‌پاشی است.
با توجه به جدول 5 مقایسه‌های میانگین اثر متقابل نوع و نوبت محلول‌پاشی چنین برداشت می‌گردد که تیمار محلول‌پاشی کلات روی + اکسین + توین 20 (تیمار 3 محلول‌پاشی) در نوبت سوم بالاترین سطح فعالیت آنزیم CAT را نشان داده است و پس از آن تیمار محلول‌پاشی با آب در نوبت سوم قرار دارد. در واقع، عامل تکرار محلول‌پاشی همان‌گونه که پیشتر به آن اشاره شد، با افزایش غیرمستقیم در غلظت تیمار محلول‌پاشی قادر به تقویت سیستم آنتی‌اکسیدانتی گیاه گردید.
در خصوص تیمار محلول‌پاشی با آب به علت تکرار در نوبت‌های محلول‌پاشی، جذب آب از سطح اپیدرمی گیاه موجب افزایش پتانسیل آب شده است و به همین جهت، گیاه از لحاظ محتوای نسبی آب در شرایط بهینه ای قرار می‌گیرد. در رتبه بعد، تیمار محلول‌پاشی کلات روی + توین 20 (تیمار 4 محلول‌پاشی) در نوبت سوم بیشترین سطح فعالیت آنزیم CAT را نشان داده است که از این رو حاکی از کارایی بهتر کلات روی در مقایسه با سولفات روی است. همچنین، با بررسی اثر نوبت‌های محلول‌پاشی که پیشتر در رابطه با اثرات منفرد نوبت‌های محلول‌پاشی به آن پرداخته شد، گویای تأثیرات مهم تکرار محلول‌پاشی است.
فعالیت آنزیم POD نیز بر اثر محلول‌پاشی تنظیم‌کننده اکسین + توین 20 (تیمار 5 محلول‌پاشی) در نوبت سوم بالاترین میانگین را نشان داده است و در خصوص تیمارهای محتوی عنصر روی و تنظیم‌کننده اکسین این برتری به روشنی قابل مشاهده است، به ویژه آنکه در بیشتر موارد، تکرار سه نوبت محلول‌پاشی به‌طور مؤثری سطح فعالیت آنزیم POD را افزایش داده است.
در خصوص سطوح فعالیت آنزیم SOD نیز محلول‌پاشی با آب و محلول‌پاشی با تنظیم‌کننده رشد اکسین + توین 20 در نوبت سوم محلول‌پاشی موجب افزایش سطح فعالیت SOD شده است.
واکنش میزان فعالیت آنزیم PPO نشان‌دهنده تأثیرات بسیار چشمگیر محلول‌پاشی سولفات روی + توین 20 (تیمار 2 محلول‌پاشی) در نوبت سوم بر میزان فعالیت این آنزیم است و سایر تیمارهای مورد مقایسه اختلاف معنی‌داری نشان ندادند.
تیمار محلول‌پاشی کلات روی + اکسین + توین 20 (تیمار 3 محلول‌پاشی) نیز در نوبت سوم محلول‌پاشی به همراه تیمار محلول‌پاشی سولفات روی + توین 20 (تیمار 2 محلول‌پاشی) در نوبت سوم به‌طور مشابهی موجب بالاترین سطح فعالیت آنزیم اکسین اکسیداز گردید و بنابراین، چنین انتظار می‌رود که این دو تیمار محلول‌پاشی موجب کاهش سطح غلظت هورمون IAA در بافت گیاهی گردد که علت آن تجزیه هورمون IAA ناشی از فعالیت آنزیم AUO است.
فعالیت دو آنزیم CAT و POD به عنوان دومین سازوکار تدافعی در برابر تنش اکسیداتیو مطرح هستند (Sanita and Gabbrieli, 1999) عنصر روی می‌تواند به عوان تثبیت‌کننده و محافظ غشاهای حیاتی در برابر تنش اکسیداتیو و خسارت پراکسیداتیو عمل کند. همچنین، از طریق عدم پیوستگی غشای پلاسما و همچنین تغییر نفوذپذیری غشاء تأثیرات عنصر روی (Zn) اعمال می‌گردد (Hassan et al., 2005).
با توجه به اینکه SOD رادیکال‌های هیدروکسیل را خنثی می‌نماید، CAT و POD آنزیم‌های اصلی سم زدایی H2O2 در گیاهان است و بنا به اظهارات (Tewari, 2005) آنزیم SOD در گیاه ذرت با کمبود عنصر آهن رابطه مستقیم داشته، در واقع با افزایش غلظت آهن مصرفی میزان فعالیت SOD کاهش می‌یابد. بنابراین، این احتمال وجود دارد که کاربرد عنصر روی با ایجاد اثر بر روی جذب و غلظت سایر عناصر میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت را تحت تأثیر قرار دهد.
با توجه به اینکه عنصر روی در میان آنزیم‌های مختلف SOD در گیاه ذرت در ساختمان این آنزیم (Cu/ZnSOD) شرکت دارد لذا می‌تواند بر فعالیت آن تأثیر بگذارد. بنابراین، کمبود عنصر روی (Zn) در گیاهان می‌تواند موجب تولید ROS گردیده، از سنتز پروتئین جلوگیری نماید.
کاربرد عنصر روی، موجب بهبود سطح فعالیت آنزیم‌های CAT، POD، SOD و PPO شد، که به نظر می‌رسد با افزایش غلظت این عنصر در برگ‌های گیاه ذرت در ارتباط باشد. این نکته در خصوص رابطه افزایش غلظت عنصر آهن و سطح فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت اشاره شده مورد توجه برخی محققان نیز قرار گرفته است
(Kumawat et al., 2006; Sitbone and Parrot, 1997).
جمع‌بندی
بنابراین، در یک جمع‌بندی کلی، کاربرد ترکیبات مختلف عنصر روی و همچنین، تنظیم‌کنندة اکسین موجب افزایش سطح فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت گردیده، با علم به اینکه اکثر بخش‌های سلولی پتانسیل تولید گونه‌های فعال اکسیژن ناشی از شرایط تنش را دارد، لذا اعمال تیمارهای این مطالعه توانست موجب تقویت سیستم تدافعی در گیاه گردد و از این رو، می‌توان انتظار داشت که با کاربرد این تیمارها سطوح تحمل گیاه در برابر انواع تنش‌ها بهبود یابد.
)
