Authors
Department of Biology, Faculty of Sciences, University of Shahrekord, Shahrekord, Iran
Abstract
Keywords
سویا سرشار از مواد مغذی و حاوی پروتئین‌های گیاهی، اولیگوساکاریدها، فیبر خوراکی، ایزوفلاوون‌ها و مواد معدنی نظیر کلسیم است و میزان چربی اشباع شده آن نیز پایین است. روغن سویا از مهم‌ترین روغن‌های نباتی خوراکی است. همچنین، بذر سویا دارای مقدار زیادی ذرات نشاسته است که این ذرات نشاسته مخلوطی از آمیلوز و آمیلوپکتین هستند (مجنون حسینی، 1375).
از نظر سطح اراضی زراعی زیر کشت در دنیا، در بین حبوبات، سویا در مقام اول (بیش از 52 میلیون هکتار) قرار دارد (لطیفی، 1372). همچنین، طبق گزارش اداره کل آمار و اطلاعات وزارت کشاورزی در سال زراعی 1385 سطح زیر کشت سویا در ایران حدود 744610 هکتار و در سال زراعی 1388 بیش از 820 هزار هکتار بوده است.
به علت افزایش مصرف سویا در غذاهای صنعتی به ویژه در کشورهای توسعه یافته و مصرف شیر سویا به جای شیر مادر در تغذیه نوزادان و همچنین، به خاطر اهمیّت آن در تغذیه دام، به کشت این گیاه در تیره حبوبات بیشتر توجه شده است. امروزه در بسیاری از مناطق صنعتی آلوده به برخی فلزات سنگین نیز کشت می‌شود (مجنون حسینی، 1375).
فلزات سنگین خطرناک‌ترین آلاینده‌ها هستند که در پوسته زمین و رسوبات وجود دارند. برخی فلزات سنگین مانند روی، نیکل و مس چون بخشی از ترکیبات مهم رنگیزه‌ها و آنزیم‌ها را تشکیل می‌دهند، جزو عناصر ضروری محسوب می‌شوند و فقط در غلظت‌های بالاتر از نیاز فیزیولوژیک گیاهان آثار سمّی دارند. ولی برخی دیگر از فلزات سنگین مانند قلع و سرب که جزو فلزات غیر ضروری محسوب می‌شوند، حتی در غلظت‌های پایین نیز آثار سمّی روی گیاهان دارند و به همین علت، فلزات سنگین به عنوان عوامل تنش‌زا برای گیاهان محسوب می‌شوند. گیاهان قادر به مهار غلظت فلزات سنگین ضروری و همچنین، غیرضروری مانند کادمیوم، جیوه، سرب، سلنیوم و آرسنیک هستند (Callahan et al., 2005; Babula et al., 2008). کادمیوم یکی از فلزات سنگین غیرضروری و آلاینده محیط زیست است و به علت تحرک بالا و غلظت کم به راحتی از خاک وارد زنجیره غذایی می‌شود. بنابراین، یکی از خطرناک‌ترین فلزات سنگین در گیاهان محسوب می‌شود (Choudhury and Panda, 2004).
سالیسیلیک‌اسید (2- هیدروکسی بنزوئیک اسید)، از ترکیبات فنلی و یکی از هورمون‌های گیاهی است که در همه اندام‌های گیاهی وجود دارد و هنگامی که سلول، اندام‌ها یا کل گیاه با تنش‌های زیستی و غیرزیستی مواجه می‌شوند، غلظت این هورمون افزایش می‌یابد. بنابراین، می‌توان سالیسیلیک‌اسید را به عنوان مولکول پیام‌رسان داخلی در نظر گرفت که در پاسخ‌های اختصاصی به تنش‌های زیستی و غیرزیستی نقش دارد (El-Tayeb et al., 2006; Krantev et al., 2008). سالیسیلیک‌اسید در تنظیم فرآیندهای متفاوت شامل رشدونمو گیاه، جوانه‌زنی بذر، جذب و انتقال یون، توزیع عناصر، سرعت فتوسنتز، هدایت روزنه‌ای، تنفس، گلیکولیز، گل‌دهی و تولید گرما در گیاهان گرمازا (thermogenic) نقش مهمی ایفا می‌کند (Shi and Zhu, 2008; Murtaza et al., 2010).
سالیسیلیک‌اسید باعث کنترل بیان ژن و سنتز پروتئین‌های تحمل به تنش‌ها می‌شود. مشخص شده است که پس از پیام‌رسانی سالیسیلیک‌اسید میزان مولکول‌های پروتئین فسفاتاز، MAP کینازها، عوامل رونویسی bZIP و پروتئین‌های دارای واحدهای تکراری آنکیرین (ankirine) افزایش می‌یابد (Klessig et al., 2000; Metwally et al., 2003). فلزات سنگین و مولکول‌های پیام‌رسان مانند جاسمونات، سالیسیلیک‌اسید، اتیلن و آبسیزیک اسید باعث بیان ژن‌ها و سنتز پروتئین‌های تحمل به تنش مانند PvSR2 می‌شوند. همچنین، فلزات سنگین باعث بیان ژن‌های مخصوص تنش‌های دیگر می‌شوند (He et al., 2002; Eckardt, 2003).
سالیسیلیک‌اسید همچنین باعث تنظیم رادیکال‌های آزاد اکسیژن و آنتی‌اکسیدان‌ها می‌شود. سالیسیلیک‌اسید به عنوان مولکول پیام‌رسان داخلی با مسیر پیام‌رسانی رادیکال‌های آزاد اکسیژن بر هم کنش دارد. به عنوان نمونه، تیمار با سالیسیلیک‌اسید خارجی باعث تجمع پراکسید هیدروژن در آرابیدوپسیس، تنباکو و خردل می‌شود (Rao et al., 1997; Zawoznik et al., 2007). لازم به یادآوری است که اگر چه مقادیر بالای رادیکال‌های آزاد مخرب بوده، باعث آسیب‌های سلولی و حتی مرگ گیاه می‌شود، باوجود این، مقادیر کم رادیکال‌های اکسیژنی به ویژه پراکسید هیدروژن نقش سیگنالی داشته، مسیرهای دفاعی خاصی مانند سنتز برخی هورمون‌ها نظیر جاسمونات، سالیسیلیک‌اسید، آبسزیک اسید و اتیلن و یا سنتز یا فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان را فعال می‌کند. سالیسیلیک‌اسید نیز در القای پاسخ‌های آنتی‌اکسیدانی نقش دارد. نشان داده شده که کاربرد سالیسیلیک‌اسید خارجی و پراکسید هیدروژن باعث القای تحمل بالاتر گیاهان سیب‌زمینی به دمای بالا می‌شوند. این نتایج نشان می‌دهد که سالیسیلیک‌اسید ممکن است دارای مسیرهای پیام‌رسانی مشترک با واسطه تشکیل رادیکال‌های آزاد اکسیژن باشد. به هر حال، حفاظت گیاهان در برابر تنش اکسیداتیو توسط سالیسیلیک‌اسید با افزایش در آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان مرتبط است و فعالیت این آنزیم‌ها سطح نهایی رادیکال‌های آزاد و پراکسید هیدروژن در گیاه را کاهش می‌دهد (Guo et al., 2007; Wu et al., 2008).
با وجود این که پژوهش‌های متعددی در زمینه آثار سمّی فلزات سنگین بر رشد و متابولیسم گیاهان مختلف انجام شده است، اما اطلاعات اندکی درباره راهکار‌های کاهش آسیب‌های ناشی از سمیّت فلزات سنگین در گیاهان وجود دارد. در این پژوهش، نقش سالیسیلیک‌اسید در برابر تنش ناشی از کادمیوم در گیاهچه‌های سویا بررسی شده است.
مواد و روش‌ها
پس از ضد عفونی کردن بذرهای سویا (رقم هیبرید Colombus×Williams) با هیپوکلریت سدیم 10 درصد به مدت 5 دقیقه و چندین بار شستشو با آب مقطر، نیمی از بذرها در محلول 5/0 میلی‌مولار سالیسیلیک‌اسید و نیمی دیگر در آب مقطر به مدت 6 ساعت خیسانده شدند (Metwally et al., 2003). سپس بذرها به گلدان‌های پلاستیکی حاوی پرلیت منتقل و این گلدان‌ها در اتاقک رشد (مدل GC-1000) در دوره نوری 13 ساعت روشنایی (دمای 28 درجه سانتیگراد) و 11 ساعت تاریکی (دمای 18 درجه سانتیگراد) و در شدت نور 7000 لوکس و رطوبت 50 درصد قرار داده شدند. نخست، گلدان‌ها با آب مقطر به مدت 3-4 روز و سپس نیمی از گلدان‌ها با محلول غذایی هوگلند (تمام قدرت) حاوی 200 میکرومولار کلرید کادمیوم و نیمی دیگر تنها با محلول غذایی هوگلند (تقریباً 100 میلی‌لیتر برای هر گلدان) هر 2 روز یک بار آبیاری و پس از 3 هفته گیاهچه‌ها برداشت شدند. تحقیقات اولیه نشان داد که سویا نسبتاً مقاوم به کادمیوم بوده، سطوح کمتر از 100 میلی‌مولار کادمیوم را تحمل می‌کند. در حالی که غلظت‌های بالاتر تأثیر منفی مهمی را در رشدونمو این گیاه دارد.
اندازه‌گیری وزن تر، خشک و طول ریشه و اندام هوایی
برای اندازه‌گیری وزن تر ریشه و اندام هوایی، ابتدا ریشه و ساقه گیاهچه‌های برداشت شده جدا و سپس با ترازو وزن آنها جداگانه بر حسب گرم اندازه‌گیری شد (پیش از اندازه‌گیری وزن تر، ریشه در صورت مرطوب بودن با کاغذ صافی خشک شد). پس از اندازه‌گیری وزن تر ریشه و ساقه، ریشه‌ها و ساقه‌های گیاهچه‌های مربوط به هر گلدان را داخل پاکت‌های کاغذی مخصوص گذاشته و برای خشک شدن در آون (مدل SHIMAZCO) به مدت 48 ساعت و در دمای 70 درجه سانتیگراد قرار داده شدند. سپس پاکت‌ها از آون خارج و وزن خشک ریشه‌ها و ساقه‌های داخل هر پاکت جداگانه با ترازو بر حسب گرم اندازه‌گیری شدند. برای اندازه‌گیری طول ریشه و اندام هوایی، پس از برداشت گیاهچه‌ها ریشه و ساقه آنها جدا شده و طول هر یک از آنها توسط خط‌کش بر حسب سانتی‌متر اندازه‌گیری شد.
اندازه‌گیری میزان کلروفیل و کاروتنوئیدها
محاسبه میزان کلروفیل و کاروتنوئیدها در برگ‌های سویا به ترتیب با استفاده از روش Arnon (1949) و Lichtenthaler (1987) انجام شد. مطابق با این روش، 1/0 گرم از بافت تر برگ وزن شد و رنگیزه‌ها با استون 80 درصد استخراج شدند. پس از صاف کردن عصاره حاصل با کاغذ صافی، جذب در طول موج‌های 470، 645 و 663 نانومتر با اسپکتروفتومتر (مدل 6300 JENWAY) خوانده و مطابق با رابطه‌های زیر میزان رنگیزه‌های یاد شده بر حسب میلی‌گرم در هر گرم وزن تر بافت گیاهی محاسبه شد:
|
[(12.7×D663)-(2.69×D645)]×V |
=کلروفیل a |
|
1000×W |
|
[(20.2×D645)+(8.02×D663)]×V |
=کلروفیل کل |
|
1000×W |
|
[(22.9×D645)+(4.93×D663)]×V |
=کلروفیل b |
|
1000×W |
|
(100×D470-1.82×Chl.a-85.02×Chl.b) |
=کارتنوئیدها |
|
198 |
اندازه‌گیری درصد نشت الکترولیتی غشا در برگ
برای سنجش این شاخص، 1/0 گرم از بافت تر برگ از هر تکرار به دقت شسته و در لوله آزمایش درپوش‌دار حاوی 10 میلی‌لیتر آب دیونیزه قرار داده شد. این لوله‌ها به مدت 3 ساعت در دمای 30 درجه سانتیگراد در حمام آب گرم قرار گرفتند. پس از 3 ساعت، هدایت الکتریکی آنها با استفاده از EC متر اندازه‌گیری شد. سپس لوله‌های حاوی نمونه‌های برگی به مدت 2 دقیقه در دمای 100 درجه سانتیگراد قرار داده شدند و مجدداً EC آنها پس از سرد شدن اندازه‌گیری شد. درصد هدایت الکتریکی بیانگر میزان نشت الکتریکی مواد از غشا‌ست که مطابق رابطه 1 قابل محاسبه است. EC1 و EC2، هدایت الکتریکی محلول‌ها به ترتیب پیش و پس از جوشیدن است (Dionsio-Sese and Tobita, 1998).
|
رابطه 1 |
EC%=(EC1/EC2)×100 |
اندازه‌گیری میزان عناصر کلسیم و پتاسیم (در بخش هوایی) و کادمیوم (در ریشه و بخش هوایی)
برای اندازه‌گیری مقدار عناصر در گیاهان از روش Reeves و همکاران (1999) استفاده شد. مطابق با این روش ریشه و بخش‌های هوایی نمونه‌های گیاهی جمع‌آوری شده جدا و 3 بار با آب مقطر شستشو داده شد. نمونه‌ها در داخل پاکت‌های ویژه قرار گرفت و سپس در دمای 70 درجه سانتیگراد و به مدت 48 ساعت در آون خشک شد. سپس حدود یک گرم از ریشه و بخش‌های هوایی هر نمونه وزن و به مدت 14 ساعت در کوره الکتریکی و در دمای 480 درجه سانتیگراد قرار داده شد. خاکستر حاصل پس از سرد شدن در 10 میلی‌لیتر نیتریک اسید 10 درصد حل شد. پس از صاف کردن، محلول‌ها درون لوله‌های پلاستیکی ویژه ریخته شد و مقدار عناصر یاد شده توسط دستگاه طیف‌سنج جذب اتمی تحلیل شد.
تجزیه و تحلیل آماری
این پژوهش، در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار انجام شد. تحلیل داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS نسخه 16 و MSTATC انجام شد. مقایسه میانگین‌ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد و رسم نمودارها با نرم‌افزار Excel انجام شد.
نتایج
تأثیر سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر شاخص‌های رشد ریشه و اندام هوایی
اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر شاخص‌های رشد (وزن تر، خشک و طول ریشه و اندام هوایی) در جدول 1 نشان داده شده است. کادمیوم وزن تر ریشه و بخش هوایی را به ترتیب 3/49 و 2/41 درصد، وزن خشک ریشه و بخش هوایی را به ترتیب 9/31 و 2/45 درصد و نیز طول ریشه و اندام هوایی را به ترتیب 3/44 و 51 درصد در مقایسه با گیاهان شاهد کاهش داد (جدول 1). سالیسیلیک‌اسید در گیاهان شاهد تأثیر معنی‌داری بر شاخص‌های رشد نداشت (به جز در مورد وزن خشک بخش هوایی که به میزان 6/9 درصد نسبت به شاهد افزایش یافته است)، در حالی که در گیاهان تیمار شده با کادمیوم باعث افزایش همه شاخص‌های رشد و در نتیجه کاهش سمیّت کادمیوم شد، به طوری که باعث افزایش وزن تر ریشه و بخش هوایی به میزان 5/39 و 5/31 درصد، وزن خشک ریشه و بخش هوایی به میزان 8/19 و 1/30 درصد و طول ریشه و اندام هوایی به میزان 4/30 و 8/29 درصد در مقایسه با گیاهان تیمار شده با کادمیوم شد (جدول 1).
تأثیر سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر مقادیر کلروفیل a، b، کلروفیل کل، نسبت کلروفیل a/b و کاروتنوئیدها در برگ
در بررسی اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم (جدول 2)، کادمیوم در گیاهان شاهد، مقادیر کلروفیل a، b، کلروفیل کل و کاروتنوئیدها را به ترتیب به میزان 37، 9/58، 6/51 و 3/41 درصد کاهش، در حالی که نسبت کلروفیل a/b را به میزان 1/35 درصد افزایش داده است. سالیسیلیک‌اسید در گیاهان شاهد تأثیر معنی‌داری بر میزان کلروفیل b، کلروفیل کل و نسبت کلروفیل a/b نداشت، با وجود این، کلروفیل a و کاروتنوئیدها را به میزان 3/5 و 6/11 درصد کاهش داد (جدول 2). سالیسیلیک‌اسید در گیاهان تیمار شده با کادمیوم سبب افزایش کلروفیل‌های a، b، کلروفیل کل و کاروتنوئیدها به میزان 9/27، 6/35، 8/24 و 5/29 درصد و کاهش در نسبت کلروفیل a/b به میزان 8/10 درصد شد.
جدول 1- اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر شاخص‌های رشد (وزن تر، خشک و طول ریشه و بخش هوایی) در گیاهچه‌های20 روزه سویا. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار را نشان می‌دهند. حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح 5 درصد بین تیمارهاست.
|
تیمار |
وزن تر (گرم) |
|
وزن خشک (گرم) |
|
طول اندام (سانتی‌متر) |
|||
|
ریشه |
بخش هوایی |
|
ریشه |
بخش هوایی |
|
ریشه |
بخش هوایی |
|
|
شاهد |
a01/0±68/0 |
a13/0±10/4 |
|
a004/0±16/0 |
b01/0±96/0 |
|
a25/0±83/15 |
a15/0±3/10 |
|
کادمیوم |
c01/0±34/0 |
c06/0±41/2 |
|
c008/0±11/0 |
d04/0±52/0 |
|
c2/0±80/8 |
c07/0±04/5 |
|
سالیسیلیک‌اسید |
a01/0±66/0 |
a26/0±88/3 |
|
a002/0±17/0 |
a07/0±06/1 |
|
a25/0±13/16 |
a15/0±11/10 |
|
کادمیوم+سالیسیلیک‌اسید |
b01/0±57/0 |
b07/0±52/3 |
|
b003/0±14/0 |
c05/0±75/0 |
|
b39/0±66/12 |
b17/0±19/7 |
جدول 2- اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر میزان کلروفیل a، b، کلروفیل کل، نسبت کلروفیل a/b و کاروتنوئیدها در گیاهچه های 20 روزه سویا. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار را نشان می‌دهند. حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح 5 درصد بین تیمارهاست.
|
تیمار |
کلروفیل a |
کلروفیل b |
کلروفیل کل |
کاروتنوئیدها |
|
نسبت کلروفیل a/b |
|
(میلی‌گرم/گرم وزن تر) |
|
|||||
|
شاهد |
a15/0±46/7 |
a15/0±66/5 |
a20/0±7/13 |
a20/0±3/4 |
|
c04/0±31/1 |
|
کادمیوم |
d2/0±7/4 |
c12/0±32/2 |
c45/0±26/6 |
c10/0±52/2 |
|
a17/0±03/2 |
|
سالیسیلیک‌اسید |
b15/0±06/7 |
a35/0±76/5 |
a30/0±46/13 |
b30/0±8/3 |
|
c04/0±22/1 |
|
کادمیوم+سالیسیلیک‌اسید |
c10/0±52/6 |
b12/0±60/3 |
b17/0±81/8 |
b13/0±57/3 |
|
b07/0±81/1 |
تأثیر سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر درصد نشت الکترولیتی در برگ
در بررسی اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم (شکل 1) مشاهده شد که کادمیوم در گیاهان شاهد، درصد نشت الکترولیتی را به میزان 1/58 درصد افزایش داد. همچنین، سالیسیلیک‌اسید در گیاهان شاهد تأثیر معنی‌داری بر درصد نشت الکترولیتی نداشت (تقریباً مشابه بود)، در حالی که در گیاهان تیمار شده با کادمیوم باعث کاهش درصد نشت الکترولیتی (7/29 درصد) و در نتیجه کاهش سمیّت کادمیوم شد (شکل 1).
تأثیر سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر میزان عناصر پتاسیم و کلسیم در بخش هوایی
در بررسی اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم (شکل 2)، کادمیوم باعث کاهش میزان عناصر پتاسیم و کلسیم در بخش هوایی (به ترتیب 27 و 28 درصد) در مقایسه با گیاهان شاهد شد. تیمار گیاه با سالیسیلیک‌اسید نیز باعث افزایش میزان پتاسیم در بخش هوایی به میزان 2 درصد نسبت به گیاهان شاهد شد، در حالی که افزایش معنی‌داری در میزان کلسیم در این گیاهان نداشته است. همچنین، سالیسیلیک‌اسید در گیاهان تیمار شده با کادمیوم باعث افزایش میزان عناصر پتاسیم و کلسیم در بخش هوایی به ترتیب به میزان 12 و 10 درصد شد.
تأثیر سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر میزان عنصر کادمیوم در ریشه و بخش هوایی
مقایسه میانگین داده‌ها (شکل 3) نشان داد که کادمیوم باعث افزایش غلظت کادمیوم ریشه و بخش هوایی به میزان درخور توجهی (99 درصد) در گیاهان شاهد شد که میزان کادمیوم در ریشه 6/2 برابر بیشتر از بخش هوایی بود. همچنین، سالیسیلیک‌اسید تأثیری در میزان کادمیوم ریشه و بخش هوایی در گیاهان شاهد نداشت و در گیاهان تیمار شده با کادمیوم، میزان کادمیوم را در بخش هوایی کاهش داد (10 درصد)، در حالی که تأثیر معنی‌داری بر میزان کادمیوم ریشه و در نتیجه کاهش سمیّت آن نداشت (شکل 3). میزان کادمیوم در ریشه گیاهان تیمار شده با سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم تقریباً 3 برابر بیشتر از بخش هوایی بود.
|
شکل 1- اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر درصد نشت الکترولیتی در برگ گیاهچه‌های 20 روزه سویا. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار را نشان می‌دهند. حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح 5 درصد بین تیمارهاست. |
|
|
شکل 2- اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر میزان عناصر. الف) پتاسیم و ب) کلسیم در بخش هوایی در گیاهچه‌های 20 روزه سویا. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار را نشان می‌دهند. حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح 5 درصد بین تیمارهاست. |
|
|
شکل 3- اثر متقابل سالیسیلیک‌اسید و کادمیوم بر میزان کادمیوم در ریشه و بخش هوایی گیاهچه‌های 20 روزه سویا. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار را نشان می‌دهند. حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح 5 درصد بین تیمارهاست. |
|
همبستگی میان شاخص‌های رشد با رنگیزه‌های فتوسنتزی، درصد نشت الکترولیتی و میزان عناصر
مطابق نتایج جدول 3، تحلیل‌های رگرسیون همبستگی معنی‌داری میان تمام شاخص‌های رشد ریشه و ساقه با میزان رنگیزه‌های کلروفیلی، کارتنوئیدی، درصد نشت الکتریکی و میزان عناصر اندازه‌گیری شده در اندام هوایی و برگ را نشان داد. ارتباط معکوسی میان درصد نشت الکتریکی و وزن تر و خشک در ریشه‌ها و ساقه‌ها مشاهده شد. ارتباط میان میزان کادمیوم با وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه‌ها نیز معکوس بود. مطابق نتایج جدول هیچ گونه ارتباط معنی‌داری میان کادمیوم اندام هوایی و ریشه‌ها بر وزن تر اندام هوایی و ریشه‌ها مشاهده نشد.
جدول 3- همبستگی میان شاخص‌های رشد ریشه و ساقه با رنگیزه‌های فتوسنتزی، درصد نشت الکترولیتی و میزان عناصر (اعداد جدول مقادیر r2 هستند و علامت (-) معکوس بودن رابطه همبستگی را نشان می‌دهد).
|
|
وزن تر |
وزن خشک |
طول اندام هوایی |
وزن تر |
وزن خشک |
طول ریشه |
|
میزان کلروفیل a |
999/0 |
847/0 |
9/0 |
994/0 |
912/0 |
939/0 |
|
میزان کلروفیل b |
873/0 |
968/0 |
995/0 |
89/0 |
981/0 |
974/0 |
|
میزان کلروفیل کل |
845/0 |
937/0 |
99/0 |
857/0 |
955/0 |
947/0 |
|
میزان کارتنوئید |
976/0 |
762/0 |
867/0 |
954/0 |
846/0 |
882/0 |
|
درصد نشت الکتریکی |
936/0- |
975/0- |
988/0- |
953/0- |
997/0- |
998/0- |
|
پتاسیم اندام هوایی |
827/0 |
944/0 |
985/0 |
878/0 |
967/0 |
97/0 |
|
کلسیم اندام هوایی |
762/0 |
899/0 |
916/0 |
809/0 |
917/0 |
916/0 |
|
کادمیوم اندام هوایی |
664/0- |
873/0- |
958/0- |
697/0- |
83/0- |
839/0- |
|
کادمیوم ریشه |
61/0- |
795/0- |
883/0- |
644/0- |
786/0- |
793/0- |
بحث و نتیجه‌گیری
طبق نتایج این پژوهش، تأثیر مثبت سالیسیلیک‌اسید بر شاخص‌های رشد (جدول 1) و فتوسنتز (میزان کلروفیل و کاروتنوئیدها) (جدول 2) در گیاهچه‌های سویا تحت تنش کادمیوم تأیید شده است. مهار شاخص‌های رشد (وزن تر، خشک و طول ریشه و اندام هوایی) و رنگیزه‌های فتوسنتز در گیاهچه‌هایی که به مدت 20 روز با غلظت 200 میکرومولار کادمیوم رشد یافتند مشاهده شد و پیش‌تیمار سالیسیلیک‌اسید به مدت 6 ساعت میزان این شاخص‌ها را افزایش و در نتیجه آسیب اکسیداتیو ناشی از کادمیوم را کاهش داد. افزایش در شاخص‌های رشد گیاهان تحت تنش کادمیوم در پاسخ به سالیسیلیک‌اسید ممکن است با افزایش میزان کلروفیل، تغییرات در مواد معدنی و نقش حفاظتی غشاها مرتبط باشد که تحمل گیاه را در برابر آسیب افزایش می‌دهد. بررسی همبستگی بین شاخص‌های رشد و میزان رنگیزه‌های کلروفیلی، کارتنوئیدی، درصد نشت الکتریکی و میزان عناصر(جدول 3) نیز این فرضیه را تأیید می‌کند. محققان دیگر نیز گزارش‌های مشابهی را ارایه کرده‌اند (Belkhadi et al., 2010). مهار شاخص‌های رشد توسط کادمیوم و القای رشد توسط سالیسیلیک‌اسید توسط Choudhury و Pand (2004) در برنج، Metwally و همکاران (2003) در جو و Krantev و همکاران (2008) در ذرت نیزگزارش شده است.
مهار رشد توسط کادمیوم می‌تواند به علت مهار تقسیم سلولی و سرعت طویل شدن سلول‌ها باشد که اغلب توسط مهار غیر قابل برگشت پمپ پروتون که مسؤول این فرآیند است، رخ می‌دهد (Aidid and Okamoto, 1993; Liu et al., 2003/4). Popova و همکاران (2008) نشان دادند که با افزایش غلظت کادمیوم، میزان کلروفیل و نیز وزن تر ریشه و بخش هوایی در گیاهان نخود کاهش یافته که به کاهش رشد منجر می‌شود و پیش‌تیمار بذرهای نخود به مدت 6 ساعت با 500 میکرومولار سالیسیلیک‌اسید پیش از مواجهه با کادمیوم تأثیر مثبتی بر رشد و میزان کلروفیل داشته، به کاهش آسیب اکسیداتیو ایجاد شده توسط کادمیوم منجر شده است. علت تأثیر مهاری کادمیوم بر میزان کلروفیل عمدتاً به علت تخریب ساختار کلروپلاست، مهار سنتز کلروفیل و افزایش سرعت تجزیه کلروفیل است (Djebali et al., 2005; Lopez-Millan et al., 2009).
اثر مثبت سالیسیلیک‌اسید در گیاهان مختلفی تحت شرایط تنش غیر زیستی گزارش شده است که به نقش سالیسیلیک‌اسید در جذب عناصر غذایی، توانایی فتوسنتز و رشد نسبت داده شده است (Khan et al., 2003; Arfan et al., 2007; Popova et al., 2009). کاربرد سالیسیلیک‌اسید آثار زیان‌آور کادمیوم را بر رشد گیاهان کتان کاهش داده است (Belkhadi et al., 2010). این اثر سالیسیلیک‌اسید بر رشد گیاهان مواجه شده با کادمیوم موافق با نتایج Drazic و همکاران (2006) در نشاهای یونجه و نتایج Panda و Parta (2007) در نشاهای ذرت است. ممانعت سالیسیلیک‌اسید از پیشرفت آسیب تجمعی در پاسخ به کادمیوم فرضیه‌ای است که تأثیر مثبت سالیسیلیک‌اسید بر فتوسنتز در گیاهان نخود مواجه شده با تنش کادمیوم را نشان می‌دهد. این فرضیه با استفاده از مقادیر کمتر کادمیوم در ریشه گیاهان نخود پیش‌تیمار شده با سالیسیلیک‌اسید مورد تأیید قرار گرفته است. به طور آشکار، مقادیر پایین کادمیوم در گیاهان نخود پیش‌تیمار شده با سالیسیلیک‌اسید آثار مضر کادمیوم را کاهش داده، اثر قابل توجهی بر رشد و فتوسنتز اعمال کرده است (Popova et al., 2008). داده‌های مشابه توسط Szalai و همکاران (2005) در ذرت گزارش شده است.
میزان کادمیوم ریشه و بخش هوایی در غیاب کادمیوم در محیط‌کشت پایین بوده، به شدت پس از تیمار با کادمیوم افزایش یافته است. کادمیوم معمولاً در ریشه‌ها تجمع می‌یابد، چون ریشه نخستین اندامی است که در معرض فلزات سنگین در خاک قرار می‌گیرد، با وجود این، به بخش هوایی نیز منتقل می‌شود (Caltado et al., 1983; Metwally et al., 2003). در تحقیق حاضر میزان کادمیوم در بخش هوایی توسط سالیسیلیک‌اسید کاهش یافته، در حالی که کاهش معنی‌داری در میزان کادمیوم ریشه مشاهده نشده است (شکل 3). Choudhury و Panda (2004) گزارش کردند که میزان کادمیوم در ریشه‌های فاقد سالیسیلیک‌اسید بیشتر از ریشه‌های دارای سالیسیلیک‌اسید بوده است. تجمع متمایز کادمیوم به عنوان یکی از آثار فیزیولوژیک مؤثر سالیسیلیک‌اسید بر گیاهان است. سالیسیلیک‌اسید باعث کاهش جذب کادمیوم در شاهدانه (Cannabis sativa) شده، در نتیجه سمیّت کادمیوم را کاهش داده است (Shi et al., 2009). در Cassia tora تیمار سالیسیلیک‌اسید در غلظت‌های مختلف، تجمع آلومینیم را کاهش داده است (Yang et al., 2003). مقاومت به فلزات سنگین از طریق انحصار انتخابی کادمیوم، جذب پایین‌تر یا خروج فعال از ریشه‌ها، یعنی از طریق مکانیسم‌هایی که به میزان پایین‌تر کادمیوم سیتوپلاسمی منجر می‌شود، حاصل می‌شود (Hall, 2002). اگرچه سالیسیلیک‌اسید در نمو و پیشرفت علایم تنش شرکت می‌کند، این هورمون برای فرآیند سازش و القای تحمل به تنش نیز مورد نیاز است. اکثر تنش‌های غیر زیستی غلظت سالیسیلیک‌اسید گیاه را افزایش می‌دهند که به نقش آن در پیام‌رسانی تنش اشاره دارد(Krantev et al., 2008; Popova et al., 2008).
اگرچه سالیسیلیک‌اسید اثر مفیدی بر فتوسنتز و میزان کلروفیل در برابر تنش کادمیوم دارد، خود ترکیب نیز می‌تواند برای گیاهان تنش‌زا باشد. اثر سالیسیلیک‌اسید بستگی به مدت زمان تیمار دارد (Krantev et al., 2008). چنانچه در این پژوهش، سالیسیلیک‌اسید در گیاهان شاهد میزان کلروفیل a و نیز کاروتنوئیدها را کاهش داد. در گیاهان عالی، کاروتنوئیدها باعث حفاظت از دستگاه فتوسنتزی در برابر فوتون‌های اضافی و تنش اکسیداتیو می‌شوند .(Young, 1991) طبق نتایج این تحقیق (جدول 2) سالیسیلیک‌اسید میزان کاروتنوئیدها را در برگ گیاهچه‌های سویا تحت تیمار با کادمیوم افزایش داد که موافق با نتایج Belkhadi و همکاران (2010) در گیاهان کتان تحت تیمار کادمیوم و نیز El-Tayeb و همکاران (2006) در گیاهان آفتابگردان تحت تنش مس است.
نتایج نشان دادند که نسبت کلروفیل a/b در گیاهان تحت تنش با کادمیوم نسبت به گیاهان شاهد بیشتر بود که نشان‌دهنده این است که کادمیوم اثر مهاری بیشتری بر کلروفیل b در مقایسه با کلروفیل a داشته است (جدول 2). به کار بردن سالیسیلیک‌اسید این نسبت را در گیاهان تحت تنش با کادمیوم کاهش داده است. این نتایج موافق با گزارش‌های El-Tayeb و همکاران (2006) در گیاهان آفتابگردان تحت تنش مس و Moharekar و همکاران (2003) در گیاهان گندم است.
در این تحقیق، پیش‌تیمار سالیسیلیک‌اسید سطح نشت الکترولیتی ناشی از کادمیوم را کاهش داد (شکل 1) که نشان‌دهنده نقش آن در حفاظت در برابر آسیب اکسیداتیو ناشی از تنش کادمیوم است. این نتایج موافق با نتایج Krantev و همکاران (2008) در گیاه ذرت است. Popova و همکاران (2009) نیز گزارش کردند که سرعت نشت الکترولیتی در گیاهان نخود تیمار شده با کادمیوم بیشتر از گیاهان شاهد بوده است. این مطلب مؤید این است که سمیّت کادمیوم در گیاهان با فرآیند تولید رادیکال آزاد در ترکیبات غشا مرتبط است که به تغییراتی در پایداری غشا و افزایش نفوذپذیری آنها منجر می‌شود. نشان داده شده که در گیاه کتان نفوذپذیری غشا به طور معنی‌داری با تنش کادمیوم در اثر آسیب اکسیداتیو افزایش یافته که این آسیب اکسیداتیو توسط پیش‌تیمار سالیسیلیک‌اسید کاهش یافته است (Belkhadi et al., 2010).
طبق نتایج این تحقیق، پیش‌تیمار سالیسیلیک‌اسید به افزایش میزان عناصر پتاسیم و کلسیم در بخش هوایی گیاهان سویا تیمار شده با کادمیوم منجر شده است (شکل 2). در واقع کاربرد کادمیوم می‌تواند باعث کاهش عناصر پُرمصرف و ریز مغذی‌ها در گیاهان شود که قادر به ایجاد تغییرات دیگر در متابولیسم گیاه می‌شوند (Hernandez and Cooke, 1997; Larbi et al., 2002; Ramos et al., 2002). کادمیوم به طور مشخص باعث اختلال در تعادل یونی می‌شود، ولی سالیسیلیک‌اسید می‌تواند این اختلال را تعدیل کند. محققان نشان دادند که کاهش در میزان پتاسیم القا شده توسط کادمیوم به علت کاهش جذب پتاسیم ناشی از اثر کادمیوم است (Hernandez and Cooke, 1997; Murphy et al., 1999). سالیسیلیک‌اسید مولکولی پیام‌رسان است که قادر به تغییر ویژگی‌های غشای پلاسمایی و تأثیر بر فعالیت کانال یونی است که در نتیجه به تعادل عناصر غذایی در گیاهان تحت تنش فلزات سنگین منجر می‌شود (Katz et al., 2002). Ahmad و همکاران (2010) گزارش کردند که غلظت منیزیم، سولفور و منگنز در برگ‌های گیاهان خردل کاهش یافت اما کاربرد خارجی سالیسیلیک‌اسید اثر منفی کادمیوم بر این عناصر را کاهش داد. Shi و Zhu (2008) نیز نشان دادند که منگنز اضافی به کاهش غلظت عناصر کلسیم، منیزیم، آهن و روی در ریشه، ساقه و برگ و نیز کاهش غلظت پتاسیم در ریشه و غلظت مس در برگ و ساقه منجر شده، اضافه کردن سالیسیلیک‌اسید انتقال آن را از محلول غذایی به گیاهان خیار القا کرده است. تغییر در غلظت این عناصر در گیاهان خیار نشان می‌دهد که منگنز اضافی تعادل یونی را به شدت بر هم می‌زند و اضافه کردن سالیسیلیک‌اسید باعث تحریک حفظ و بقای آنها می‌شود. در گیاهچه‌های کتان غلظت کلسیم، منیزیم و آهن تحت تأثیر کادمیوم کاهش یافته است و تیمار سالیسیلیک‌اسید باعث القای انتقال آنها از محلول غذایی به گیاهان می‌شود. در واقع، پیش تیمار با سالیسیلیک‌اسید به طور معنی‌داری غلظت پتاسیم، کلسیم، منیزیم و آهن را در ریشه‌ها افزایش و در بخش هوایی کاهش داده است (Belkhadi et al., 2010). اطلاعات اندکی در مورد تأثیر سالیسیلیک‌اسید بر جذب مواد غذایی تحت سمیّت فلزات سنگین وجود دارد، به علاوه نتایج به طور معنی‌داری متفاوت هستند، بنابراین، نحوه مکانیسم آن باید بیشتر تحقیق و بررسی شود. مشخص شده که H+-ATPase در غشای پلاسمایی نقش مهمی در انتقال چندین یون ایفا می‌کند و تحقیقاتی وجود دارد که نشان‌دهنده این است که سالیسیلیک‌اسید قادر به القای فعالیت H+-ATPase است که به افزایش جذب عناصر تحت سمیّت فلزات سنگین منجر می‌شود Palmgren and Harper, 1999)؛ Gordon et al., 2004).
به طور کلی، سالیسیلیک‌اسید از طریق تأثیر مثبت بر شاخص‌های رشد، میزان رنگیزه‌های فتوسنتزی (کلروفیل و کاروتنوئیدها)، استحکام غشا و در نتیجه کاهش درصد نشت الکترولیتی و نیز کاهش میزان کادمیوم و افزایش میزان عناصر پتاسیم و کلسیم در بخش هوایی باعث ایجاد حفاظت نسبی در برابر سمیّت کادمیوم در نشاهای سویا شده است.
)
