Document Type : Original Article
Authors
1 Department of Arid Land and Desert Management. Faculty of Natural Resources and Desert Studies, Yazd University, Yazd, Iran
2 Department of Environmental Sciences, Faculty of Natural Resources, Yazd University, Yazd, Iran
Abstract
Keywords
Main Subjects
مقدمه.
نعناع‌فلفلی (Mentha piperita L.) گیاهی علفی، چندساله، ریزوم‌دار و هیبرید (2n=48) از تیره نعناعیان است که از تلاقی میان پونه‌آبی (M. aqutica) و نعناع (M. spicata) به وجود آمده است. این گیاه بومی مناطق مدیترانه‌ای است، اما درحال‌حاضر درتمام نقاط دنیا برای مصارف غذایی، دارویی، عطرسازی و پزشکی کشت می‌شود (Afkar and Zand, 2020). گونه‌های جنس Mentha به‌علت اسانس ارزشمندی که دارند، در بیشترمناطق دنیا اهمیّت اقتصادی بالایی دارند. اسانس نعناع‌فلفلی نیز به‌عنوان جزئی از محصولات غذایی و آرایشی-بهداشتی به‌طورگسترده استفاده می‌شود. علاوه‌بر‌این، دارای خواص دارویی متعددی است که منبع غنی از متابولیت‌های ثانویه یعنی مخازن مواد مؤثر اساسی بسیاری از داروها است (Mahendran and Rahman, 2020).
رشد و عملکرد گیاهان در سراسر جهان توسط تنش‌های محیطی زنده و غیرزنده متعدد محدود می‌شود که با تأثیر بر سنتز متابولیت‌های ثانویه ارزش محصول آنها را تغییر می‌دهند (Gull et al., 2019; Mosleh Arani et al., 2015; Saijo and Loo, 2020). تنش شوری یکی از مهمترین تنش‌های غیرزنده در مناطق خشک و نیمه‌خشک است که کیفیت و عملکرد محصولات کشاورزی را از طریق افزایش فشار اسمزی محلول خاک، کاهش آب قابل استفاده گیاه، سمیّت برخی عناصر مانند سدیم و کلر، برهم‌زدن تعادل در جذب عناصر ضروری و تنش اکسیداتیو تحت تأثیر قرار می‌دهد(Mosleh Arani et al., 2018). گیاهان از طریق فرآیندهای فیزیولوژیک، بیوشیمیایی و همچنین، سلولی و مولکولی بسیار متفاوت و پیچیده به این تنش پاسخ داده و خود را با شرایط محیطی منطبق و یا متحمل می‌سازند (Isayenkov and Maathuis, 2019; Mosleh Arani et al., 2011). به‌منظور ارزیابی تأثیر همزمان شوری و تنش گرمایی در گیاه Jatropha curcas تحقیقی توسط Silva و همکاران (2013) انجام شد. نتایج مطالعه آنها نشان داد که درجه حرارت بالا باعث افزایش اثرات منفی تنش شوری بر روی فرآیندهای اصلی فیزیولوژیک و کاهش فتوسنتز و تخریب کلروفیل می‌شود. نتایج ارزیابی اثر ترکیبی تنش خشکی و گرما در دو رقم گوجه‌فرنگی توسط Zhou و همکاران (2019) حاکی از افزایش درخورتوجه محتوای پرولین در رقم Jinlingmeiyu و کاهش پرولین در رقم Sufen پس از اعمال تنش بود. ارزیابی‌ها نشان داد که ارقام مختلف گوجه‌فرنگی پاسخ متفاوتی به تنش گرمایی نشان دادند، اما پاسخ آنها به تنش خشکی مشابه بود. در پژوهشی دیگر، تأثیر تنش خشکی و گرما بر گیاه نعناع‌فلفلی و گل پریوش ارزیابی شد. نتایج نشان داد که تنش خشکی و گرما به‌طور درخورتوجهی باعث کاهش رشد و تجمع زیست توده شده و محتوای فنل کل، فلاونوئید و ساپونین در پاسخ به تنش‌ها در هفت و چهارده روز کاهش یافته است. با‌این‌حال، سطح سایر متابولیت‌های ثانویه، از جمله تانن، ترپنوئیدها و آلکالوئیدها تحت استرس افزایش یافته است (Alhaithloul et al., 2020). افزایش تجمع متابولیت‌های ثانویه در پاسخ به تنش نشان می‌دهد که تحمیل تنش غیرزنده می‌تواند یک راهکار برای افزایش محتوای متابولیت‌های ثانویه مؤثر به‌منظور درمان بیماری‌ها باشد.
بسیاری از زمین‌های کشاورزی در مناطق خشک و نیمه‌خشک تحت تأثیر شوری قرار دارند. در این مناطق تأثیر تنش شوری همزمان با تنش ناشی از درجه حرارت بالا تشدید می‌شود. بررسی و به دست آوردن بهترین شرایط محیط‌کشت که بتواند به تولید گیاهی با بیشترین درصد متابولیت‌های ثانویه منجر شود، از مهمترین اهداف در پژوهش‌های مربوط به کشت گیاهان دارویی است (Isayenkov and Maathuis, 2019). باتوجه‌به این موضوع، مطالعه پاسخ گیاهان به تلفیق تنش شوری و گرمایی بسیار با اهمیّت است. ازآنجا‌که تأثیر تیمارهای مختلف بر افزایش یا کاهش متابولیت‌های ثانویه گیاهان به‌طور قطع مشخص نیست، بنابراین این پژوهش با هدف مقایسه آثار تنش‌های همزمان شوری و گرما بر برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک و رویشی در نعناع‌فلفلی انجام شد.
مواد و روش‌ها
نهال‌های نعناع‌فلفلی از شرکت پاکان بذر (اصفهان، ایران) تهیه شدند. تعداد 54 گلدان از نوع پلاستیکی به رنگ سیاه به قطر 30 سانتی‌متر و ارتفاع 30 سانتی‌متر تهیه و برای سهولت خروج زهآب مقداری سنگ‌ریزه در ته هر گلدان ریخته شد و با مخلوطی از خاک باغچه، ماسه، کود دامی و ورمی‌کمپوست به‌ترتیب به نسبت 1:1:1:2 آماده شد. نهال‌های سالم، هم‌اندازه و هم‌وزن انتخاب و سپس در داخل گلدان‌ها کشت شدند و در گلخانه با شرایط 16 ساعت نور و 8 ساعت تاریکی، دمای 2±25 درجه سانتیگراد و رطوبت 60 درصد نگهداری و یک روز در میان آبیاری شدند (Gowton et al., 2020). هر تیمار شامل سه گلدان بود که در هر گلدان یک نهال کشت شد.
پس از رشد نهال‌های نعناع‌فلفلی تا ارتفاع 18-20 سانتی‌متر و 10-15 برگی، تنش شوری در سه سطح (صفر، 60 و 120 میلی‌مولار کلرید سدیم) و تنش حرارت در دو دما (25 و 35 درجه سانتیگراد) به نهال‌ها اعمال شد. تنش شوری به‌صورت آبیاری گلدان‌ها با محلول‌های مختلف کلرید سدیم اعمال شد و برای تنش حرارتی، گلدان‌ها در اتاقک کشت با دمای 35 درجه سانتیگراد قرار داده شدند و گلدان‌های باقی مانده در شرایط گلخانه، به‌عنوان تیمار حرارتی 25 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شدند. نمونه‌هایی از برگ گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی در بازه‌های زمانی 24، 48 و 72 ساعت پس از اعمال تیمارها تهیه شدند و به‌منظور اندازه‌گیری سطح پرولین، کارتنوئید، نسبت پتاسیم به سدیم و همچنین، ترکیبات فنلی در دمای 80- درجه سانتیگراد نگهداری شدند (Wyse and Netto, 2011). در این مطالعه به‌منظور اندازه‌گیری طول ساقه، ابتدا ساقه و ریشه از محل یقه از هم جدا شدند و سپس با خط‌کش با دقت یک میلی‌متر اندازه‌گیری انجام شد. برای اندازه‌گیری وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه گیاهان نعناع‌فلفلی، از ترازوی دیجیتال (Sartorius BP211D، آلمان) با دقت یک ده‌هزارم گرم استفاده شد. به‌منظور اندازه‌گیری وزن خشک، نمونه‌های بافت گیاه ابتدا به‌مدت دو روز در هوا خشک شدند و سپس در داخل فویل آلومینیومی به‌مدت 48 ساعت در آون با دمای 65 درجه سانتیگراد قرار داده شدند. محتوای فنل کل به روش فولین سیوکالتیو (Lehmann et al., 2018)، میزان پرولین، از روش Bates و همکاران (1973) و مقادیر سدیم و پتاسیم با استفاده از روش فلـیم فتـومتری (Flame Photometer) اندازه‌گیری شد (Arunachalam et al., 2020). میزان قند محلول برگ به روش Kochert (1978)، میزان کلروفیل و کارتنوئید توسط روش Lichtenthaler (1987) و همچنین مقدار کلسیم به روش تیتراسیون با EDTA انجام شد (Derderian, 1961).
تجزیه و تحلیل آماری
تمامی آزمایش‌ها در قالب طرح کاملاً تصادفی (CRD) بر مبنای فاکتوریل در سه تکرار انجام شد. تجزیه و تحلیل واریانس داده‌ها با استفاده از آزمون Anova سه طرفه و مقایسه میانگین داده‌ها با استفاده از آزمون دانکن در نرم افزار SPSS نسخه 26 انجام شد.
نتایج و بحث
ارزیابی‌های فیزیولوژیک
نتایج تجزیه واریانس ارزیابی‌های فیزیولوژیک (جدول 1) نشان داد که عوامل حرارت، شوری و زمان و اثر متقابل آنها تأثیر معنی‌داری بر تغییرات سطح کلسیم، کارتنوئید، نسبت پتاسیم به سدیم، ترکیبات فنلی، قند محلول، پرولین و کلروفیل کل در سطوح یک و پنج درصد دارد، تنها اثر متقابل تیماری شوری در زمان در تغییرات پرولین تأثیر معنی‌دار نشان نداد.
جدول 1- تجزیه واریانس صفات فیزیولوژیک در گیاه نعناع‌فلفلی تحت تنش‌های شوری و گرمایی.
Table 1- Analysis of variance for physiological characteristics in peppermint under salinity and heat stresses.
|
|
|
|
|
میانگین مربعات |
|
|
|
|
|
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
کلسیم |
کارتنوئید (mg/ml) |
نسبت پتاسیم به سدیم |
ترکیبات فنولی |
قند محلول |
پرولین |
کلروفیل کل |
|
دما |
1 |
**56/43 |
**33/1 |
**834/2 |
**472/0 |
**363/5711 |
**271/3 |
**568/0 |
|
شوری |
2 |
**39/13 |
**72/5 |
**120/269 |
**922/1 |
**225/5974 |
**439/16 |
**450/2 |
|
زمان |
2 |
**88/12 |
**2/3 |
**944/2 |
**062/4 |
**354/1598 |
**035/9 |
**576/0 |
|
دما × زمان |
2 |
**69/12 |
**12/1 |
**863/0 |
**899/0 |
**230/254 |
**927/3 |
**224/0 |
|
دما × شوری |
2 |
**629/0 |
**079/0 |
**946/3 |
**185/1 |
*595/130 |
**338/14 |
*014/0 |
|
دما × زمان |
4 |
**17/2 |
**375/0 |
**721/0 |
**257/2 |
**870/292 |
ns010/0 |
**073/0 |
|
دما × شوری × زمان |
4 |
**672/0 |
**441/0 |
**523/1 |
**514/1 |
*565/128 |
**831/2 |
*012/0 |
|
خطا |
36 |
004/0 |
001/0 |
**116/0 |
029/0 |
274/38 |
092/0 |
003/0 |
|
ضریب تغییرات (%) |
|
36/2 |
95/3 |
2/2 |
2/3 |
9/8 |
3/7 |
3/4 |
**، * و ns به‌ترتیب معنی‌دار در سطح یک درصد و پنج درصد و غیر معنی‌دار.
**, *, ns: significant at p≤0.01, significant at p≤0.05, non-significant respectively.
نتایج مقایسه میانگین‌ها نشان داد که در دمای 25 درجه سانتیگراد با اعمال سطوح شوری 60 و 120 میلی‌مولار، کاهش چشمگیری در نسبت +K+/Na در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی مشاهده شد که این روند با گذشت زمان ادامه دار بود، به‌طوری‌که در شوری 120 میلی‌مولار نسبت +K+/Na نسبت به شاهد در زمان 24، 48 و 72 ساعت به‌ترتیب 44/8، 37/10 و 35/9 برابرکاهش یافت (شکل 1-A). در دمای 35 درجه سانتیگراد در 24 ساعت اول کاهش درخورتوجهی در نسبت +K+/Na در مقایسه با دمای 25 درجه سانتیگراد مشاهده شد که با گذشت زمان افزایش داشت، به‌طوری‌که در 48 ساعت به بالاترین میزان خود رسید و مجدداً در 72 ساعت کاهش معنی‌داری نشان داد. مقایسه تیمارهای متناظر بین دو دمای 25 و 35 درجه سانتیگراد نشان داد که تأثیر همزمان شوری و دما نسبت به تنش شوری تنها، کاهش بیشتری در نسبت +K+/Na ایجاد نمود. تنش‌های غیرزیستی بر رشد و بهره‌وری گیاه تأثیر منفی می‌گذارند و علت اصلی تلفات گسترده کشاورزی در سراسر جهان هستند. گیاهان به‌علت کم‌تحرکی قادر به فرار از شرایط نامساعد نیستند، بنابراین برای مقابله با تغییرات نامساعد محیطی به مکانیسم‌های دفاعی قوی نیاز دارند (Gull et al., 2019). محدودیت‌های غیرزیستی، به‌طور عمده شوری و تنش‌های گرمایی، ممکن است به‌تنهایی عمل کنند، اما غالباً با هم کار می‌کنند و گیاهان برای مقابله با این ناملایمات ترکیبی، ابزارهای تطبیقی و محافظتی کارآمد به دست آورده‌اند. مکانیسم‌های اساسی تحمل در گیاهان شامل فعال شدن ژن‌های مختلف تنظیم‌شده از طریق استرس به‌واسطه پاسخ‌های سلولی و مولکولی است (Isayenkov and Maathuis, 2019). در مطالعه حاضر اعمال تنش شوری باعث کاهش نسبت پتاسیم به سدیم در بافت برگ نعناع‌فلفلی شد، بدین معنی که گیاه نعناع‌فلفلی قادر به افزایش جذب پتاسیم در بافت‌های برگ نشده و با تجمع سدیم سمیّت یونی افزایش یافت که این امر نشان‌دهنده حساسیت این گیاه به تنش شوری در این مطالعه بود. Jiang و همکاران (2019) نیز در ارزیابی تأثیر H2S در تحمل شوری خیار نشان دادند که برهمخوردن تعادل پتاسیم نسبت به سدیم تحت تنش شوری باعث ایجاد حساسیت در گیاه می‌شود و تیمار H2S با تنظیم بیان ژن‌های
PM H+-ATPase، SOS1 و SKOR و حفظ هموستازی سدیم و پتاسیم، باعث ایجاد مقاومت در گیاه خیار شد. در مطالعه دیگری Liu و همکاران (2019) در ارزیابی سه رقم متحمل، نسبتاً متحمل و حساس برنج به شوری نشان دادند که ارقام متحمل انتقال سدیم را از ریشه به شاخه‌ها کاهش دادند و مهمترین مشخصه تحمل شوری در توانایی گیاه برای حفظ پتاسیم در منطقه ریشه بود.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
شکل 1- تأثیر متقابل تنش‌های شوری و گرمایی بر مقدار نسبت پتاسیم به سدیم (A)، پرولین (B)، قند محلول (C)، فنل (D)، کلسیم (E)، کلروفیل کل (F) و کارتنوئید (G)، در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی. داده ها میانگین 3 تکرار ± SE است. حروف یکسان، بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح p<0.05 است. Figure 1- Interaction effects of salinity and heat stresses on the amounts of K+/Na+ (A), proline (B), soluble sugar (C), phenol (D), Ca (E), total chlorophyll (F), carotenoids (G) in peppermint seedling. Data averaged 3 replicates ±SE. The same letters indicate no significant difference at the level of p<0.05.
|
|
در مطالعه حاضر اعمال تنش گرمایی باعث کاهش نسبت پتاسیم به سدیم در بافت برگ نعناع‌فلفلی در 24 ساعت اول شد که با گذشت زمان این نسبت به حالت پیش از تنش بازگشت و در 72 ساعت مجدداً کاهش درخورتوجهی نشان داد. این امر نشان می‌دهد که مکانیسم‌های دفاعی گیاه تحت تنش گرمایی فعال شده و تعادل یونی سلول‌ها را در 48 ساعت پس از تنش برقرار می‌کند، اما تداوم تنش گرمایی تا 72 ساعت، به شکستن تحمل گیاه و برهمخوردن تعادل یونی منجر می‌شود. این امر در اعمال همزمان تنش گرمایی و شوری 60 میلی‌مولار نیز مشاهده شد. نتایج 24 ساعت اعمال همزمان تنش گرمایی و شوری نشان‌دهنده افزایش اثر منفی بر نسبت پتاسیم به سدیم در بافت برگ نعناع‌فلفلی بود.
در دمای 25 درجه سانتیگراد، افزایش سطح شوری باعث افزایش معنی‌دار مقدار پرولین شد، به‌طوری‌که در شوری 120 میلی‌مولار مقدار پرولین نسبت به شاهد در زمان 24، 48 و 72 ساعت به‌ترتیب 32/2، 5/2 و 92/1 برابر شد (شکل 1-B). در دمای 25 درجه سانتیگراد، با گذشت زمان تا 48 ساعت مقدار پرولین افزایش و سپس در 72 ساعت کاهش معنی‌داری نشان داد. در دمای 35 درجه سانتیگراد نیز با افزایش سطح شوری مقدار پرولین (به جز برای زمان 48 و شوری 60) افزایش یافت. در دمای 35 درجه سانتیگراد، مقدار پرولین با گذشت زمان کاهش معنی‌داری یافت. مقایسه تیمارهای متناظر بین دو دمای 25 و 35 درجه سانتیگراد نشان داد که تأثیر همزمان شوری و دما نسبت به تنش شوری تنها، افزایش بیشتر مقدار پرولین را در 24 ساعت اول باعث شد. علاوه بر ترکیبات فنلی، پرولین نیز می‌تواند در مکانیسم دفاعی گیاه دخیل باشد. پرولین ممکن است به‌عنوان عامل تثبیت‌کننده آنزیم تحت تنش شوری نقش داشته باشد و یا آسیب پراکسیداتیو به چربی غشا، ناشی از استرس اکسیداتیو وابسته به نمک را کاهش دهد و یا به‌عنوان یک اسمولیت سازگار ایفای نقش کند (Isayenkov and Maathuis, 2019; Shabnam et al., 2016). در مطالعه حاضر تغییرات سطح پرولین در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی تحت تیمار شوری و حرارت، پس از افزایش در مراحل نخستین تنش، با گذشت زمان روندی کاهشی نشان داد. این امر حاکی از آن است که شکل‌گیری فرآیندهای مقاومت در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی تحت تأثیر تغییرات سطح پرولین پایدار نیست، زیرا پرولین یک اسیدآمینه ناپایدار است که سریع تجزیه شده و به منبع ازت تبدیل می‌شود و این امر موجب حساسیت گیاه نعناع‌فلفلی به شرایط تنش می‌شود (Wyse and Netto, 2011). ارزیابی تغییرات ویژگی‌های فیزیولوژیک در گیاهان مختلف تحت تنش‌های غیرزیستی در مطالعات متعددی گزارش شده است. تنش‌های غیرزیستی به‌ویژه تنش‌های ترکیبی مانند همزمانی شوری و گرما بر تولید محصولات در آینده نزدیک تأثیر بیشتری می‌گذارد. در آویشن نیز تنش شوری به‌طور درخورتوجهی محتوای فنلی و فعالیت آنتی‌اکسیدانی عصاره‌های گیاهی را تحت تأثیر قرار داد و ممکن است به عنوان روشی مناسب برای افزایش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی گیاهان دارویی توصیه شود (Bistgani et al., 2019).
مقدار فنل کل در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی در دمای 25 درجه سانتیگراد در سطح شوری 60 میلی‌مولار کاهش چشمگیری در 24 ساعت اول نسبت به شاهد نشان داد و با گذشت زمان مقدار آن افزایش یافت، به‌طوری‌که در 72 ساعت پس از تیمار با افزایش 88/1 برابری نسبت به شاهد همراه بود. در سطح شوری 120 میلی‌مولار نیز تا 48 ساعت افزایش درخورتوجهی در سطح فنل مشاهده شد ولی در 72 ساعت با کاهش 39/1 برابری نسبت به شاهد مواجه شد. در دمای 35 درجه سانتیگراد در 24 ساعت اول کاهش درخورتوجهی در سطح فنل نسبت به نمونه مشابه در دمای 25 درجه سانتیگراد مشاهده شد که با گذشت زمان روندی افزایشی داشت. مقایسه تیمارهای متناظر بین دو دمای 25 و 35 درجه سانتیگراد نشان داد که تأثیر همزمان شوری و دما نسبت به تنش شوری تنها، افزایش بیشتر سطح فنل را به دنبال داشت (شکل 1-D). هنگام مواجهه با یک شرایط نامساعد محیطی، گیاهان برخی از پاسخ‌های فیزیولوژیک را تحریک می‌کنند و ظرفیت بیوسنتز اسیدهای فنلی مختلف را افزایش می‌دهند که در نهایت به بهبود عملکرد گیاه در شرایط دشوار منجر می‌شود (Gull et al., 2019; Chrysargyris et al., 2019). در مطالعه حاضر تغییرات سطح فنل در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی تحت تیمار شوری و حرارت، پس از کاهش در مراحل نخستین تنش، با گذشت زمان روندی افزایشی نشان داد. این امر حاکی از آن است که شکل‌گیری فرآیندهای بیوسنتز ترکیبات فنلی، در گیاهچه‌های نعناع با تأخیر صورت می‌پذیرد که موجب حساسیت این گیاه به شرایط تنش می‌شود. تغییرات معنی‌دار سطح فنل در تنش گرمایی 35 درجه سانتیگراد نیز مؤید همین مکانسیم است. تولید بیش از حد ترکیبات فنلی و واسطه‌های آن در گیاه گوجه‌فرنگی تحت تنش‌های مختلف غیرزیستی گزارش شده است (Martinez et al., 2016). افزایش ترکیبات فنلی در شرایط مختلف استرس‌زا نه تنها گیاه را در برابر آسیب‌های اکسیداتیو محافظت می‌کند، بلکه از طریق تجمع مواد مختلف آنتی‌اکسیدانی باعث بهبود ارزش‌های غذایی بافت‌های خوراکی می‌شود. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که آثار تنش برای برخی از واکنش‌ها بارزتر است و این بر تخصیص مواد در مسیر تأثیر می‌گذارد. در شرایط استرس‌زا، گیاهان باید تصمیم بگیرند که چگونه منابع خود را برای رشد یا تولید متابولیت دفاعی اختصاص دهند.
مقدار کلسیم تحت تیمار سطوح مختلف شوری و حرارت 35 درجه سانتیگراد، کاهش درخورتوجهی نسبت به نمونه‌های مشابه در دمای 25 درجه سانتیگراد داشت. مقایسه تیمارهای متناظر بین دو دمای 25 و 35 درجه سانتیگراد نشان داد که تأثیر همزمان شوری و دما نسبت به تنش شوری تنها، کاهش بیشتری در سطح کلسیم به همراه داشته، به‌طوری‌که سطح کلسیم در 72 ساعت پس از اعمال شوری 120 میلی‌مولار در دمای 35 درجه سانتیگراد، به پایین‌ترین سطح خود رسید (شکل 1-E). در مطالعه حاضر مقدار کلسیم تحت تیمار سطوح مختلف شوری و حرارت 35 درجه سانتیگراد، کاهش درخورتوجهی نسبت به نمونه‌های مشابه در دمای 25 درجه سانتیگراد داشت. کلسیم با تأثیر بر انتقال مواد معدنی و تجمع متابولیت‌ها، محتوای آب را حفظ و رشد گیاهان را تنظیم می‌کند (Seifikalhor et al., 2019). تنش شوری به کاهش رشد از نظر ارتفاع و تجمع زیست‌توده در گیاه سویا منجر شد که این موضوع در گیاهان دارای کمبود کلسیم بارزتر بود. در این مطالعه مشخص شد که در دسترس بودن کلسیم تحت شرایط رشد نرمال و تنش شوری بر سنتز پرولین، گلیسین‌بتائین و قندهای محلول تأثیر می‌گذارد. مکمل‌های بهینه کلسیم فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و محتوای آنتی‌اکسیدان‌های غیر‌آنزیمی (آسکوربات، گلوتاتیون و توکوفرول) را تنظیم می‌کند و در بهبود آسیب اکسیداتیو ناشی از تنش شوری منعکس می‌شود .(Elkelish et al., 2019)
نتایج نشان داد که تغییرات مقدار کلروفیل کل تحت تیمار سطوح مختلف شوری و حرارت 35 درجه سانتیگراد، کاهش درخورتوجهی نسبت به نمونه‌های مشابه در دمای 25 درجه سانتیگراد داشت. مقایسه تیمارهای متناظر بین دو دمای 25 و 35 درجه سانتیگراد نشان داد که تأثیر همزمان شوری و دما نسبت به تنش شوری تنها، کاهش بیشتری در سطح کلروفیل به همراه داشته، به‌طوری‌که سطح کلروفیل کل در 72 ساعت پس از اعمال شوری 120 میلی‌مولار در دمای 35 درجه سانتیگراد، به پایین‌ترین سطح خود رسید (شکل 1-F).
نتایج نشان داد که در دمای 25 درجه سانتیگراد، افزایش سطح شوری باعث کاهش معنی‌دار مقدار کارتنوئید می‌شود، به‌طوری‌که در شوری 120 میلی‌مولار مقدار کارتنوئید نسبت به شاهد در زمان 24، 48 و 72 ساعت به‌ترتیب 34/1، 37/1 و 67/1 برابر کاهش داشت. در دمای 35 درجه سانتیگراد نیز با افزایش سطح شوری مقدار کارتنوئید کاهش یافت (شکل 1-G).
نتایج مقایسه میانگین‌ها نشان داد که با اعمال تنش شوری در دمای 25 درجه سانتیگراد، میزان قندهای محلول کاهش معنی‌داری نشان داد. این روند کاهشی با افزایش سطح شوری و گذشت زمان پس از اعمال تیمار بیشتر شد، به‌طوری‌که در 72 ساعت پس از اعمال شوری 120 میلی‌مولار با کاهش 62/2 برابری قند محلول نسبت به شاهد همراه بود. در دمای 35 درجه سانتیگراد نیز این روند کاهشی مشاهده شد، به‌طوری‌که افزایش سطح تنش شوری، مقدار قندهای محلول در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی کاهش چشمگیری داشت (شکل 1-C) .
ارزیابی محتوای کلروفیل و کارتنوئید ابزاری برای تفسیر تحمل تنش در گیاهان محسوب می‌شود. گیاهان تحت تنش شوری معمولاً مقادیر زیادی رادیکال‌های آزاد تولید می‌کنند که به تخریب کلروفیل منجر می‌شود. وقتی کلروفیل کاهش می‌یابد، انتظار می‌رود فتوسنتز نیز کاهش یابد و به‌دنبال‌آن قند نیز کاهش یابد. مهار فتوسنتز توسط استرس گرما به عدم توانایی در حفظ روبیسکو در یک فرم فعال تفسیر می‌شود (Zhou et al., 2019). در مطالعه حاضر نیز تاثیر تیمار شوری در هر دو سطح 60 و 120 میلی‌مولار و تیمار دمای 35 درجه سانتیگراد، باعث کاهش محتوای کلروفیل و کارتنوئید و بالطبع آن کاهش سطح فتوسنتز و کاهش میزان قند محلول در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی شد. این روند کاهشی محتوای کلروفیل و کارتنوئید تحت تأثیر عوامل تنش‌زای غیرزیستی در مطالعات مختلفی گزارش شده است.
Chrysargyris و همکاران (2019) نشان دادند که اعمال همزمان تیمارهای شوری و سمیّت فلز مس در Mentha spicata باعث کاهش محتوای کلرفیل و قند محلول شده است. Silva و همکاران (2013) نیز در ارزیابی همزمان تنش شوری و گرمایی در گیاهان Jatropha curcas گزارش کردند که درجه حرارت بالا آثار منفی تنش نمکی را بر فرآیندهای اصلی فیزیولوژیک افزایش داده و باعث کاهش سطح فتوسنتز و تخریب کلروفیل می‌شود.
ارزیابی صفات رویشی
نتایج تجزیه واریانس ارزیابی صفات رویشی نشان داد که تیمارهای حرارت، شوری و زمان و اثر متقابل آنها تأثیر معنی‌داری بر تغییرات وزن تر و خشک ریشه، وزن تر و خشک اندام هوایی در سطح یک درصد داشت (جدول 2).
جدول 2- تجزیه واریانس صفات رویشی در گیاه نعناع‌فلفلی تحت تنش‌های شوری و گرمایی.
Table 2- Analysis of variance for morphological characteristics in peppermint under salinity and heat stresses.
|
|
|
|
میانگین مربعات |
||
|
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
وزن خشک ریشه |
وزن خشک اندام هوایی |
وزن تر ریشه |
وزن تر اندام هوایی |
|
دما |
1 |
**193/0 |
**032/0 |
**42/22 |
**759/0 |
|
شوری |
2 |
**154/0 |
**148/0 |
**6/176 |
**31/8 |
|
زمان |
2 |
**54/0 |
**029/0 |
**29/55 |
**01/2 |
|
دما × زمان |
2 |
**009/0 |
**009/0 |
**6/11 |
**417/0 |
|
دما × شوری |
2 |
**017/0 |
**068/0 |
**6/5 |
**17/0 |
|
دما × زمان |
4 |
**003/0 |
**054/0 |
**69/8 |
**099/0 |
|
دما × شوری × زمان |
4 |
**004/0 |
**018/0 |
**5/1 |
**294/0 |
|
خطا |
36 |
002/0 |
001/0 |
024/0 |
005/0 |
|
ضریب تغییرات(% ) |
|
95/0 |
98/0 |
1/3 |
02/1 |
**، * و ns به‌ترتیب معنی‌دار در سطح یک درصد و پنج درصد و غیر معنی‌دار.
**, *and ns: significant at p≤0.01, significant at p≤0.05, non-significant respectively.
نتایج مقایسه میانگین صفات رویشی (شکل 2) نشان داد که با افزایش سطح شوری و دما، وزن تر و خشک اندام هوایی کاهش می‌یابد. در مقابل با افزایش سطح شوری و گرما، وزن تر و وزن خشک ریشه افزایش درخورتوجهی نشان داد. به‌طوری‌که وزن تر ریشه در دمای 35 درجه و شوری 120 میلی‌مولار نسبت به شاهد در زمان 24، 48 و 72 ساعت به‌ترتیب 15/1، 17/1 و 45/1 برابر افزایش داشت. همچنین، وزن خشک ریشه نیز 54/1، 33/1 و 34/1 برابر افزایش داشت.
|
|
|
|
|
|
شکل 2- تأثیر متقابل تنش های شوری و گرمایی بر مقدار وزن خشک ریشه (A)، وزن تر ریشه (B)، وزن خشک ساقه (C)، وزن تر ساقه (D) در گیاهچه‌های نعناع‌فلفلی. داده ها میانگین 3 تکرار ± SE است. حروف یکسان، بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح p<0.05 است.
Figure 2- Interaction effects of salinity and heat stresses on root dry weight (A), root fresh weight (B), shoot dry weight (C), shoot fresh weight (D) in peppermint seedling. Data averaged 3 replicates ±SE. The same letters indicate no significant difference at the level of p<0.05.
مکانیسم سازگاری گیاه با شرایط شوری بسیار پیچیده است، از علل کاهش رشد گیاه در شرایط شوری تجمع یون‌های سمی سدیم در بافت‌های گیاهی است که سبب کاهش فعالیت آنزیمی و تغییر الگوی توزیع کربوهیدرات‌ها می‌شود (Isayenkov and Maathuis, 2019). در چندین مطالعه نشان داده شده است که نسبت ریشه/شاخه گیاهان زیادی تحت تنش شوری افزایش می‌یابد (Koksal et al., 2016). توسعه ریشه برای بقای گیاه در مناطق خشک و کویری مهم است. از این نظر، شوری تأثیر مثبتی در رشد ریشه در هکتار دارد (Weber, 2009). از طرف دیگر، کاهش رشد در حضور تنش شوری به‌طورکلی با دو اثر توضیح داده می‌شود. اول، کمبود آب که بلافاصله پس از کاهش پتانسیل اسمزی در یک سطح آستانه شروع می‌شود و سپس در مرحله دوم هنگامی که تجمع نمک در برگ‌ها به غلظت سمی می‌رسد باعث مرگ برگ‌ها می‌شود. در بعضی از گیاهان، ریختن برگ‌های قدیمی یک راهکار برای جلوگیری از آثار سمی نمک‌های اضافی سدیم است که در برگ‌ها تجمع می یابد. نمک می‌تواند در برگ‌های قدیمی ترشح شود و برگ‌ها می‌میرند که برای بقای گیاه بسیار مهم است (Suárez, 2011). در مطالعه حاضر نیز با افزایش سطح شوری و دما، وزن تر و خشک اندام هوایی کاهش یافت و در مقابل وزن تر و وزن خشک ریشه افزایش درخورتوجهی نشان داد.
کاهش معنی‌دار شاخص‌های رشد رویشی تحت تنش شوری و گرما در مطالعات مختلفی ارزیابی شده است. Aliloo و همکاران (2020) کاهش رشد کانولا تحت تنش شوری را گزارش کردند. مشابه این نتایج در گیاهان جو (Khalily and Naghavi; 2020)، گوجه‌فرنگی (Haghighi. and Naghavi, 2019)، گل همیشه‌بهار (Al-Khafajy et al., 2020)، پرتقال (Bilal et al., 2020) و برنج (Fatima et al., 2020) نیز گزارش شده است. Cohen و همکاران (2021) در ارزیابی نتایج بیش از 120 مطالعه موردی منتشر شده در مورد پاسخ گیاهان مختلف به تنش خشکی و تنش گرمایی نشان دادند که ترکیب تنش خشکی و گرما به‌شکل درخورتوجهی با کاهش شاخص برداشت، کوتاه شدن چرخه زندگی و تغییر تعداد، اندازه و ترکیب دانه، بر عملکرد گیاه تأثیر می‌گذارد. علاوه‌بر‌این، هنگامی که ترکیب تنش در مرحله تولید مثل گیاهان اعمال شود، این تأثیرات شدیدتر است.
نتیجه‌گیری
نتایج این پژوهش نشان داد که تنش‌های شوری و گرمایی محدودیتی برای کشت نعناع‌فلفلی هستند. این عوامل بر فیزیولوژی گیاه تأثیر گذاشته و رشد و عملکرد آن را کاهش می‌دهند. تنش همزمان شوری و گرمایی از طریق کاهش جذب پتاسیم و کلسیم، افزایش جذب سدیم، تجزیه کلروفیل و کارتنوییدها باعث کاهش فتوسنتز و کاهش قندهای محلول و در نهایت کاهش رشد گیاه شد. در عوض تنش همزمان شوری و گرما باعث افزایش مقدار فنل شد و این می‌تواند باعث کیفیت نعناع‌فلفلی گردد. یکی از مکانیسم‌های تحمل گیاه در برابر این دو تنش ساخت پرولین بود. روش‌های به‌زراعی، استفاده از کودهای زیستی و کشت ارقام مقاوم می‌تواند در کاهش آثار سوء تنش‌های شوری و گرمایی بر گیاه نعناع‌فلفلی مؤثر باشد.
)