نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه پژوهشی بیوتکنولوژی گیاهان باغبانی، پژوهشکدۀ بیوتکنولوژی صنعتی، سازمان جهاد دانشگاهی خراسان رضوی، مشهد، ایران
2 گروه بیوتکنولوژی و به نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
3 گروه علوم باغبانی و مهندسی فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
To optimize the bioassay system of auxin hormones by identifying their effect on the growth of Arabidopsis plants under in vitro conditions, Arabidopsis seeds were germinated vertically in ½ MS medium. After 5 days, seedlings with the same root growth were transferred to ½MS medium culture containing IAA, IBA, NAA, and 2,4-D hormones with concentrations of 0, 0.01, 0.03, and 0.05 mg/ L. After 10 days, plant growth characteristics were measured using image analysis plus the fresh and dry weight of seedlings in each treatment. The different hormones had different effects on the growth. Increasing the concentration of IAA, IBA, and NAA hormones caused the reduction of the rootlets’ induction. The use of different concentrations of 2,4-D hormone prevented the growth of roots. Higher concentrations resulted in the production of callus in the roots. The concentration of 0.01 mg/L of the examined auxin hormones mostly had the highest rate of leaf formation and biomass production. This bioassay method can distinguish the effects of different auxin hormones on different aspects of plant growth. The results can help in selecting the required auxin hormone in various activities and make it possible to identify unknown auxin compounds.
Introduction
Plant hormones perform different biological functions in different tissues according to the growth stage or in response to environmental conditions. Evidence shows that the response of the plant to different types of auxin is different from each other and the activity of each of these hormones causes the activation of a range of different physiological processes in the plant. On the other hand, all lateral root growth stages are dependent on the amount of intracellular auxin hormone accumulation. Despite the similarity, these hormones are functionally different due to differences in structure which affect their signal transmission and downstream physiological pathways. Therefore, it is necessary to optimize a bioassay system to identify and differentiate the auxin hormones based on their biological effects, so we tried measuring the performance of different concentrations of auxin hormones.
Materials and Methods
The effects of different levels of auxin on Arabidopsis thaliana (Columbia cultivars) seedlings were investigated and ½MS medium culture containing 1% sucrose and 0.75% agar. The pH of the medium culture was set at 5.8 ± 0.1 and autoclaved at 121°C for 20 minutes. The seeds were disinfected with 1% sodium hypochlorite and sterile distilled water for 10 minutes and were cultured in ½MS without hormones. The petri dishes were placed vertically in the growth room for 5 days. The seedlings with 1 cm roots length were selected and in the 4 hormonal treatments, medium cultures were sub-cultured including IBA, 2,4-D, IAA, and NAA in three concentrations of 0.01, 0.03, and 0.05 mg/L, as well as the control treatment without hormones with three replications. Hormones were added to the sterile medium culture after passing through a 2 μm filter. After 10 days, the number of leaves, root length, the number of lateral roots, and fresh weight were measured. The growth level of the shoot and root and the level of greenness of seedling leaves were performed using image analysis and ImageJ software, dry weight of the seedlings was measured after exposure to 72°C for 48 hours. All treatments were analyzed using one-way ANOVA. The mean comparison of treatments was performed by LSD test with a minimum significant difference at a 5% probability level using JMP software (version 8.0). Graphs were also drawn using Excel software.
Results and Discussion
The presence of auxin in different concentrations inhibits the root length growth and the control seedlings showed the highest root length growth. Seedlings grown at the high concentrations of NAA and in the presence of 2,4-D had the lowest root length with an average of one cm. Seedlings grown in NAA hormone treatment with a concentration of 0.01 mg/L had the highest rootlets number. However, the roots formed in the presence of 2,4-D and high concentrations of NAA produced callus and did not grow normally. The root area in the presence of IBA was more than IAA. The number of seedling leaves grown at 0.01 mg/L concentration of hormones was equal to or more than the higher concentrations of these hormones. The lowest number of leaves belonged to the seedlings grown in 0.03 mg/L NAA and 0.05 mg/L 2,4-D treatments. IAA concentration had a direct relationship with leaf area and with the increase in the concentration of this hormone the leaf area increased, but the use of IBA had the opposite effect on leaf area and decreased with increasing its concentration. The highest leaf greenness was observed in three concentrations of 2,4-D and then in the control. The use of other auxin in the medium culture inhibited the production of chlorophyll in the cells. After the use of auxin in Arabidopsis plants, the fresh and dry weight of the seedlings grown in the presence of the concentration of 0.01 mg/L of NAA had the highest fresh and dry weight.
Conclusion
The effect of auxin hormones on different aspects of plant growth was different from each other. IAA increased the number of rootlets and low concentration and formed many rootlets on the main root. High concentrations led to an increase in the number of lateral roots, but the root length significantly decreased. Also, 2,4-D stimulated callus production in the roots. The presence of IBA in the medium culture decreased the average root length. The difference in the morphological effects of different auxin hormones can be considered a road map that will provide the possibility of identifying the auxin hormone in unknown extracts in future research.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه..
رشد و نمو گیاهان از طریق همکاری تعداد زیادی از واکنش‌های فیزیولوژیکی پیچیده با محوریت هورمون‌های گیاهی تنظیم می‌شود (Zwanenburg & Blanco-Ania, 2018). مطالعه‌های متعدد نشان داده‌اند هورمون‌های گیاهی باتوجهبه مرحلۀ رشدی گیاه یا در پاسخ به شرایط محیطی متفاوت، عملکرد زیستی متفاوتی در بافت‌های مختلف دارند (Yu et al., 2020)؛ در این میان، هورمون اکسین با فعالیت در فرایندهای مختلف ازجمله تشکیل کالوس، تعیین الگوی ساختاری جنین، تشکیل اندام‌های گیاهی و همچنین تنظیم پاسخ به شرایط محیطی، نقش کلیدی در رشد و نمو گیاه ایفا می‌کند (Semeradova et al., 2020). تغییر در میزان هورمون اکسین و توزیع غیریکنواخت آن بر اساس نیاز بافت‌ها و اندام‌های گیاهی در پاسخ به محرک‌های بیرونی و درونی ایجاد می‌شود (Skalický et al., 2018). شواهد بسیاری نشان می‌دهند پاسخ گیاه به انواع هورمون اکسین متفاوت است و فعالیت هریک از این هورمون‌ها به فعال‌شدن گستره‌ای از فرایندهای فیزیولوژیکی مختلف در گیاه منجر می‌شود (Campanoni & Nick, 2005)؛ از سوی دیگر، تمام مراحل رشد ریشه‌های جانبی شامل القا، ظهور و رشد آنها به میزان تجمع هورمون اکسین درون‌سلولی وابسته است (Meier et al., 2020)، تا آنجا که نور به‌عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر رشد و نمو ریشه، نقش خود را از طریق تغییر میزان بیوسنتز هورمون اکسین یا انتقال سیگنال آن ایفا می‌کند (Yun et al., 2023).
هورمون IAA فراوان‌ترین و فعال‌ترین هورمون اکسین طبیعی در گیاهان است؛ به‌طوری‌که از این هورمون به‌عنوان هورمون اکسین کلیدی در بیشتر گیاهان نام برده می‌شود. هورمون IAA علاوه بر القای پاسخ به نور و گرانش، تشکیل ریشه‌های جانبی و ریشه‌های مویین را افزایش می‌دهد (Ljung, 2013; Bhatla, 2018) و در رشد اندام هوایی، جوانه‌زنی بذر و غده، تمایز اندام‌ها، غالبیت انتهایی، سنتز اتیلن مؤثر است(Strader & Zhao, 2016)؛ همچنین این هورمون در فرایندهای رشد رویشی، رشد و پیری میوه، تشکیل اندام جانبی و اندام‌زایی (Ljung, 2013) ، برگ‌ریزی و تغذیه و افزایش رشد کامبیوم و اندازه سلول‌های آوندی تأثیر دارد (Skalický et al., 2018). هورمون IBA نیز هورمون اکسین طبیعی در گیاه است که به‌عنوان شکل ذخیره‌ای هورمون IAA معرفی شده است (Bartel et al., 2001; Woodward & Bartel, 2005). هورمون IBA در فرایندهای توسعه‌ای با واسطۀ اکسین مانند تنظیم اندازۀ مریستم ریشه و تشکیل و توسعۀ ریشه‌های مویین نقش دارد (Strader et al., 2010). هورمون NAA معمولاً در تولید ریشه‌های جانبی مؤثر است و به بهبود رشد ساقه و ریشه کمک می‌کند (Campanoni & Nick, 2005). هورمون‌های اکسین مصنوعی مانند هورمون 2,4-D آثار مشابه با اکسین‌های طبیعی دارند و به‌عنوان ترکیبات فعال در محلول‌های تجاری باغبانی استفاده می‌شوند؛ این نوع هورمون‌ها سبب گسترش فعالیت ریشه و در مراحل بعدی رشد موجب یکسان‌سازی فرایند گل‌دهی و میوه‌دهی در باغ‌ها می‌شوند تا برداشت تجاری محصولات باغی با سهولت بیشتری انجام پذیرد (Emenecker & Strader, 2020). با وجود تشابه نسبی انواع هورمون اکسین، این هورمون‌ها به‌دلیل تفاوت در ساختار شیمیایی و فضایی از نظر عملکردی تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند. هورمون‌های اکسین مصنوعی میزان گردش متابولیک کمی دارند و درنتیجه، این ترکیبات دارای پایداری بیشتری نسبت به اکسین‌های طبیعی هستند (Simon & Petrášek, 2011)؛ ازاین‌رو، غلظت زیاد این هورمون‌ها در گیاه آثار سمی ایجاد می‌کند و از رشد و فعالیت مسیرهای زیستی در گیاه جلوگیری می‌کند. وجود آثار سمی این هورمون‌ها سبب شده است برخی از آنها مانند هورمون 2,4-D در غلظت‌های زیاد به‌عنوان علف‌کش استفاده و موجب ازبین‌رفتن برخی از گیاهان دو‌لپه‌ای شود (Grossmann, 2010). تفاوت‌های موجود میان هورمون‌های اکسین سبب می‌شود انتقال سیگنال آنها به‌منظور فعال‌شدن مسیرهای فیزیولوژیکی پایین‌دستی آنها تحت‌تأثیر قرار گیرد. گیاه آرابیدوپسیس دارای ویژگی‌های مهمی شامل اندازۀ کوچک و چرخۀ زندگی کوتاه است که نیاز به امکانات رشد را محدود کرده و سبب شده است به‌عنوان گیاه مدل در آزمایش‌های فیزیولوژی گیاهی معرفی شود؛ همچنین ریشه‌های این گیاه ساختاری ساده دارند که سبب می‌شود برای مطالعۀ اثر هورمون اکسین مناسب باشند. باتوجهبه تفاوت‌های یادشده لازم است نوعی سیستم زیست‌سنجی بهینه شود تا هورمون‌های اکسین را بتوان بر اساس آثار اکسینی آنها شناسایی و از یکدیگر تفکیک شود؛ در این راستا، پژوهش حاضر با هدف زیست‌سنجی عملکرد غلظت‌های مختلف انواع هورمون اکسین انجام شد تا از این راه، شناسنامه‌ای از آثار مورفولوژیکی به دست آید تا در تفکیک اثر اکسینی هورمون‌های اکسین طبیعی و سنتزی مؤثر باشد.
مواد و روش‌ها
مواد گیاهی و تهیۀ محیط‌کشت.
در پژوهش حاضر، اثر سطوح مختلف انواع هورمون اکسین روی گیاهچه‌های Arabidopsis thaliana، رقم Columbia بررسی شد. به‌منظور انجام آزمایش از محیط‌کشت ½MS استفاده شد. ساکارز با غلظت 1 درصد (وزنی/حجمی) به‌عنوان منبع کربن به محیط‌کشت اضافه شد و سپس اسیدیتۀ محیط‌کشت با استفاده از محلول 1/0 مولار NaOH یا محلول 1/0 مولار HCL روی 1/0±8/5 تنظیم و پس‌از افزودن آگار 75/0 درصد (وزنی/حجمی) در دمای 121 درجۀ سانتی‌گراد به‌مدت 20 دقیقه اتوکلاو شد.
ضدعفونی و کشت بذرها.
بذرهای A. thaliana به‌مدت 10 دقیقه با هیپوکلریت‌سدیم 1 درصد ضدعفونی سطحی و سپس به‌مدت 10 دقیقه با آب مقطر استریل آب‌شویی شدند؛ پس‌از آن، بذرها در محیط‌کشت ½MS بدون هورمون کشت شدند. پتری‌دیش‌ها پس‌از کشت به‌مدت 5 روز به‌طور عمودی در اتاق رشد قرار گرفتند و سپس گیاهچه‌های دارای ریشه‌های به طول 1 سانتی‌متر انتخاب و در محیط‌کشت حاوی تیمارهای هورمونی مورد بررسی واکشت شدند.
اعمال تیمارهای هورمونی.
آزمایش حاضر شامل چهار تیمار هورمونی IBA، 2,4-D، IAA و NAA در سه غلظت 01/0، 03/0 و 05/0 میلیگرمدرلیتر و تیمار شاهد (بدون هورمون) در سه تکرار بود. هورمون‌ها پس‌از عبور از فیلتر دارای منافذ 2 میکرومتری به محیط‌کشت استریل اضافه شدند.
جمع‌آوری داده‌ها و تحلیل آماری.
پس‌از گذشت 10 روز از رشد گیاهچه‌ها در اتاق رشد و دمای 1±25 درجۀ سانتی‌گراد، صفت‌های رشدی مختلف شامل تعداد برگ، طول ریشه‌چه، تعداد ریشۀ جانبی تشکیل‌شده، سطح رشد اندام هوایی و ریشه، میزان سبزینگی برگ گیاهچه‌ها و وزن تر و خشک گیاهچه‌ها اندازه‌گیری شدند. سطح رشد اندام هوایی و ریشه و میزان سبزینگی برگ گیاهچه‌ها از طریق تجزیه‌وتحلیل تصویر و با نرم‌افزار ImageJ انجام شد (شکل 1).
به‌منظور اندازه‌گیری وزن خشک، گیاهچه‌ها به‌مدت 48 ساعت در دمای 72 درجۀ سانتی‌گراد قرار گرفتند و سپس وزن خشک آنها اندازه‌گیری شد. تمام تیمارها با آنالیز واریانس یک‌طرفه بررسی شدند و مقایسۀ میانگین تیمارها به کمک آزمون LSD با حداقل تفاوت معنا‌دار در سطح احتمال 5 درصد و با نرم‌افزار آماری JMP (نسخۀ 8.0) انجام شد. نمودارها با نرم‌افزار Excel رسم شدند.
شکل 1- پردازش صفت‌های رشدی مرتبط با اندام هوایی و ریشه گیاه آرابیدوپسیس از طریق تجزیه‌وتحلیل تصویر و با نرم‌افزار ImageJ
Figure 1- Processing of growth traits related to shoot and root of Arabidopsis plant through image analysis and using ImageJ software
نتایج و بحث
اثر اکسین بر رشد ریشه.
کاربرد هورمون اکسین بر صفت‌های مورفولوژیکی اندازه‌گیری‌شده در آزمایش تأثیرگذار بود. بر اساس نتایج، حضور هورمون اکسین در غلظت‌های مختلف، بازدارندۀ رشد طولی ریشه است و گیاهچه‌های رشدیافته در محیط‌کشت بدون هورمون اکسین، بیشترین رشد طولی ریشه را نشان می‌دهند (شکل 2). نتایج نشان دادند ریزنمونه‌های IBA با میانگین طول ریشۀ 24/5 سانتی‌متر، بیشترین طول ریشه را دارند و پسازآنها، ریزنمونه‌های تیمارشده با IAA قرار می‌گیرند و تیمار 2,4-D با 08/2 سانتی‌متر طول ریشه، کمترین طول ریشه را دارد؛ همچنین نتایج نشان دادند با افزایش غلظت هورمون اکسین، میزان رشد طولی ریشه کاهش می‌یابد و نمونۀ شاهد با متوسط 64/5 سانتی‌متر طول ریشه، بیشترین میزان طول ریشه را دارد و پس‌از آن، غلظت‌های 01/0، 03/0 و 05/0 میلیگرمدرلیتر با متوسط 97/3، 00/3 و 79/2 سانتی‌متر طول ریشه قرار می‌گیرند. در بررسی آثار متقابل نوع و غلظت هورمون مشخص شد گیاهچه‌های رشدیافته در غلظت‌های زیاد هورمون NAA همراه با گیاهچه‌های رشدیافته در حضور هورمون 2,4-D با میانگین 1 سانتی‌متر، کمترین طول ریشه را به خود اختصاص می‌دهند (شکل 2). کاربرد هورمون IBA با غلظت 05/0 میلیگرمدرلیتر، میانگین طول ریشه را کاهش داد، اما استفاده از غلظت 03/0 میلیگرمدرلیتر آن منجر به افزایش طول ریشه شد (شکل 2). بررسی تعداد ریشۀ فرعی در تیمارهای هورمونی مختلف نشان داد ریزنمونه‌های 2,4-D و IAA با میانگین به‌ترتیب 73/16 و 31/16 ریشۀ فرعی، بیشترین تعداد ریشه را دارند؛ این در حالیست که تیمار NAA با 92/14 و IBA با 93/13، ریشۀ فرعی کمتری داشتند. در میان غلظت‌های مختلف استفاده‌شده، غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر با متوسط 33/18 ریشۀ فرعی، بیشترین مقدار ریشه را داشت و پسازآن، غلظت 05/0، 03/0 میلیگرمدرلیتر و شاهد به‌ترتیب متوسط 15/15 و 28/14 و 10/14 ریشه فرعی را داشتند. در مقایسۀ میانگین آثار متقابل نوع و غلظت هورمون مشخص شد گیاهچه‌های رشدیافته در تیمار هورمونی NAA با غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر، بیشترین تعداد ریشه فرعی را دارند (جدول 1)؛ در این میان، ریشه‌های تشکیل‌شده در حضور هورمون 2,4-D و نیز غلظت‌های زیاد هورمون NAA، کالوس تولید کردند و رشد طبیعی نداشتند.
هورمون NAA نقش مهمی در افزایش تقسیم سلولی در ریشه و درنتیجه، القای ریشه‌های جانبی ایفا می‌کند. پژوهش‌های پیشین نشان می‌دهند غلظت‌های کم این هورمون سبب القای ریشه‌های جانبی در گیاه می‌شود، اما غلظت‌های زیاد آن از رشد ریشه‌ها جلوگیری می‌کند (Raju et al., 2010; Yan et al., 2014; da Costa et al., 2018). نکتۀ درخور توجه این است که کاربرد هورمون NAA برای ریشه‌دهی شاخساره‌های گیاه چای (Camellia sinensis) سبب می‌شود میزان هورمون IAA در آنها کاهش یابد (Wang et al., 2022). داکوستا و همکاران (2018) با بررسی گیاه آرابیدوپسیس گزارش کردند زمانی که مقدار هورمون NAA در سلول‌ها افزایش می‌یابد، فرآیند خودتنظیمی هورمون اکسین با جلوگیری از رونویسی ژن‌های مرتبط با انتقال سیگنال اکسین از طویل شدن ریشه به شدت جلوگیری می‌کند(da Costa et al., 2018)؛ بنابراین، بسیاری از تنظیم‌کننده‌های رشد طولی ریشه، مقدار هورمون NAA در مریستم ریشه را در سطح پایینی نگه می‌دارند تا امکان رشد طولی آن را فراهم کنند (Motte et al., 2019)؛ از سوی دیگر، هورمون NAA شباهت کمی با ساختار فضایی اتصال اکسین در ناقل‌های PIN دارد و انتقال بین‌سلولی آن به‌شکل قطبی به میزان کمی انجام می شود؛ به‌طوری‌که میزان انتقال قطبی هورمون IAA در حضور مادۀ نفتیل فتالامیک‌اسید (NPA) به‌عنوان بازدارندۀ انتقال قطبی اکسین به‌شدت کاهش می‌یابد، اما حضور این ماده تأثیری بر میزان انتقال قطبی هورمون NAA ندارد (Karami et al., 2022).
در پژوهش حاضر مشخص شد سطح ریشۀ گیاهچه‌های رشدیافته در حضور هورمون IBA بیش از گیاهچه‌های رشدیافته در حضور هورمون IAA است (شکل 2). Ling et al. (2009) نشان دادند هورمون IBA در مقایسه با هورمون‌های NAA و IAA توانایی بیشتری در القای ریشه‌زایی در گیاه Centella asiatica دارد (Ling et al., 2009). در پژوهش‌های پیشین مشخص شده است هورمون IBA در گیاه طی فرایند بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب به IAA تبدیل می‌شود (Bhatla, 2018). مطالعۀ Zolman et al. (2000) نشان داد هورمون IBA در مقایسه با IAA سبب افزایش مدت زمان ریشه‌زایی و به دنبال آن، افزایش عملکرد ریشه‌زایی در آرابیدوپسیس می‌شود و دلیل آن را می‌توان میل ترکیبی کمتر این هورمون و سرعت تخریب کمتر آن نسبت به هورمون IAA پیشنهاد کرد. شواهد نشان می‌دهند تعادل میان منابع هورمون اکسین آزاد در گیاه، نقشی کلیدی در تنظیم اثر هورمون اکسین بر فرایند رشد و نمو و پاسخ گیاه به تغییرات شرایط محیطی دارد؛ از این‌رو، میزان هورمون IBA درون‌سلولی به‌طور درخور توجهی بر میزان دسترسی به منابع هورمون اکسین در گیاه و شیوۀ پاسخ گیاه به شرایط محیطی مؤثر است (Simon & Petrášek, 2011).
شکل 2- میزان رشد ریشه در انواع تیمارهای هورمون اکسین. میانگین‌ها با سه تکرار و هر تکرار 10 ریزنمونه ± 1/0 است. حروف یکسان بیان‌کنندۀ عدم اختلاف منعادار با استفاده از آزمون LSD هستند.
Figure 2- Diagram of root length changes according to the type and concentration of PGR treatments. The mean with three repetitions and each repetition with 10± 0.1 explants. The same letters indicate no significant difference using the LSD test.
جدول 1- اثر نوع و غلظت هورمون اکسین بر صفت‌های رشدی گیاه آرابیدوپسیس
Table 1- The effect of type and concentration of auxin hormone on growth characteristics of Arabidopsis plant
|
هورمون |
غلظت |
تعداد ریشه فرعی |
سطح رشد ریشه (سانتی متر مربع) |
میانگین تعداد برگ |
میزان سبزینگی برگ |
وزن تر 10 گیاهچه (میلی‌گرم) |
وزن خشک 10 گیاهچه (میلی‌گرم) |
|
شاهد |
0 |
defg 10/14 |
27/0 cde |
a 55/7 |
b69/61 |
h140 |
h30/8 |
|
IAA
|
01/0 |
bc 70/17 |
64/0 b |
a 60/7 |
cd31/47 |
e170 |
b10/14 |
|
03/0 |
bcdef 50/15 |
33/0 c |
ab 46/7 |
de07/39 |
c190 |
e50/10 |
|
|
05/0 |
bc95/17 |
33/0 c |
ab40/7 |
e45/30 |
j110 |
g80/8 |
|
|
IBA
|
01/0 |
bcde 60/15 |
56/0 b |
abc 03/7 |
de07/36 |
d170 |
d50/11 |
|
03/0 |
cdefg 43/14 |
35/0 c |
abc 20/7 |
e99/34 |
g160 |
f70/9 |
|
|
05/0 |
fg 50/11 |
05/0 fg |
ab 33/7 |
bc53/58 |
f170 |
c60/12 |
|
|
NAA
|
01/0 |
a 53/22 |
89/0 a |
a 73/7 |
de84/38 |
a370 |
a10/21 |
|
03/0 |
g 02/11 |
03/0 g |
d 07/6 |
e26/30 |
l40 |
k50/4 |
|
|
05/0 |
efg 03/12 |
29/0 cd |
bcd 56/6 |
e83/32 |
j110 |
g80/8 |
|
|
2,4-D |
01/0 |
bcd 50/17 |
17/0 def |
a 76/7 |
a60/123 |
b220 |
d60/11 |
|
03/0 |
bcd 20/16 |
15/0 efg |
cd 40/6 |
a16/124 |
k90 |
j60/6 |
|
|
05/0 |
ab 13/19 |
11/0 fg |
d 06/6 |
a09/126 |
i120 |
i50/7 |
اثر اکسین بر رشد اندام هوایی.
نتایج بررسی اثر هورمون بر تعداد برگ تشکیل‌یافتۀ ریزنمونه نشان دادند ریزنمونه های کشت‌شده در محیط حاوی IAA با تعداد متوسط 5/7 برگ، بیشترین تعداد برگ را دارند؛ این در حالی بود که تیمارهای IBA با 28/7 برگ، میانگین تعداد برگ کمتری داشت و در پایان نیز تیمارهای 2.4-D و NAA با متوسط 9/6 تعداد برگ قرار داشتند. در میان غلظت‌های مختلف استفاده‌شده، شاهد و غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر با متوسط 1± 5/7 برگ نسبت به غلظت‌های 03/0 و 05/0 میلیگرمدرلیتر با متوسط به‌ترتیب 8/6 و 7/6 برگ، بیشترین تعداد برگ را داشتند. بررسی اثر نوع و غلظت هورمون اکسین بر میزان تشکیل برگ نشان داد تعداد برگ گیاهچه‌های رشدیافته در غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر هورمون‌های بررسی‌شده، برابر یا بیش از غلظت‌های زیاد این هورمون‌ها بود. در مجموع، کمترین تعداد برگ به گیاهچه‌های رشدیافته در تیمارهای 03/0 میلیگرمدرلیتر NAA و 05/0 میلیگرمدرلیتر 2,4-D تعلق داشت (جدول 1 و شکل 4).
اثر هورمون‌های اکسین مختلف بر صفت‌هایی مانند سطح برگ و میزان سبزینگی گیاهچه‌ها معنا‌دار بود. پس‌از انجام مقایسه در میانگین‌های به‌دست‌آمده در داده‌های سطح برگ مشخص شد از میان هورمون‌های اکسین مختلف، هورمون IBA سطح برگ را به میزان درخور توجهی افزایش داده است. مقایسۀ میانگین غلظت‌های مختلف هورمون‌های استفاده‌شده نشان داد غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر سبب بیشترین سطح برگ می‌شود. در بررسی آثار متقابل مشخص شد غلظت هورمون IAA رابطۀ مستقیمی با سطح برگ دارد و بازیادشدن غلظت این هورمون، سطح برگ افزایش می‌یابد، اما استفاده از هورمون IBA اثر معکوس بر سطح برگ داشت و با افزایش غلظت آن، سطح برگ کاهش یافت. طبق نتایج یادشده، سطح برگ گیاهچه‌های رشدیافته در غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر هورمون‌های NAA و 2,4-D نیز از شاهد بیشتر بود، ولی استفاده از غلظت‌های بیشتر این ترکیبات هورمونی سبب کاهش رشد سطح برگ نسبت به شاهد شد. کمترین میزان سطح برگ در گیاهچه‌های رشدیافته در غلظت 03/0 میلیگرمدرلیتر هورمون‌های NAA و 2,4-D مشاهده شد (شکل 3). هورمون IAA در مقایسه با سایر هورمون‌ها سبب بیشترین میزان سبزینگی برگ شد. در بررسی غلظت‌های مختلف مشخص شد با افزایش غلظت هورمون از میزان سبزینگی کاسته می‌شود؛ به‌طوری‌که شاهد بیشترین میزان سبزینگی را داشت. با بررسی آثار متقابل هورمون و غلظت، بیشترین میزان سبزینگی در سه غلظت هورمون 2,4-D و پسازآن، در شاهد مشاهده شد؛ این در حالی بود که استفاده از سایر هورمون‌های اکسین در محیط‌کشت، بازدارندۀ تولید کلروفیل در سلول‌ها بود (جدول 1). تمایز بافت‌های آوندی در برگ نشان می‌دهد انتقال قطبی هورمون اکسین در تمایز آوندها و الگوهای تشکیل آنها در برگ مؤثر است (Govindaraju et al., 2020)؛ همچنین مشخص شده است اختلال در مسیر ژنتیکی پاسخ به اکسین سبب تغییر الگوی تشکیل آوندها می‌شود (Liu et al., 2015). در پژوهش‌های پیشین نشان داده شده است افزایش تجمع هورمون اکسین سبب کاهش تولید کلروفیل در سلول‌ها می‌شود، اگرچه غلظت بازدارندۀ هورمون اکسین در گونه‌های مختلف با یکدیگر متفاوت است .(Czerpak et al., 2002; Tolentino et al., 2005; Bagheri et al., 2013). احتمالاً افزایش سبزینگی برگ در گیاهچه‌های تیمارشده با هورمون 2,4-D از کاهش چشمگیر سطح برگ در این گیاهچه‌ها ناشی می‌شود. در مجموع، نتایج پژوهش حاضر نشان دادند تفاوت در میزان انتقال و دریافت انواع هورمون اکسین بر شیوۀ رشد برگ مؤثر است.
شکل 3- میزان سطح برگ در انواع تیمارهای هورمون اکسین. میانگین‌ها با سه تکرار و هر تکرار 10 ریزنمونه ± 001/0 است. حروف یکسان بیان‌کنندۀ عدم اختلاف منعادار با استفاده از آزمون LSD هستند.
Figure 3- Diagram of Leaf area change according to the type and concentration of PGR treatments. The mean with three repetitions and each repetition with 10± 0.001 explants. The same letters indicate no significant difference using the LSD test.
اثر اکسین بر میزان رشد کل..
در پژوهش حاضر، وزن تر و خشک گیاه به‌عنوان معیاری از رشد کل در نظر گرفته شد. نتایج نشان دادند استفاده از هورمون اکسین در شرایط کشت بافت بر مقدار کل رشد گیاهچه‌های آرابیدوپسیس تأثیرگذار است. اعمال هورمون‌های اکسین در گیاه آرابیدوپسیس بر وزن تر این گونه تأثیر داشت؛ به‌طوری‌که میانگین وزن تر در تیمار NAA و IBA با 16/0 گرم، بیشترین مقدار را داشت و پسازآن، هورمون‌های IAA و 2,4-D به‌ترتیب با 15/0 و 14/0 گرم قرار داشتند؛ این روند کاهش وزن در تیمار وزن خشک نیز به همین ترتیب مشاهده شد. در زمینۀ غلظت تیمارهای بررسی‌شده، غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر نسبت به سایر غلظت‌ها، بیشترین وزن تر و خشک را در پی داشت. در مقایسۀ میانگین‌های برهم‌کنش نوع و غلظت هورمون مشخص شد گیاهچه‌های رشدیافته در حضور غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر NAA بیشترین وزن تر را به خود اختصاص می‌دهند و پسازآنها، غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر 2,4-D قرار می‌گیرد؛ این روند در صفت وزن خشک نیز بررسی و مشاهده شد غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر NAA بیشترین وزن خشک را ایجاد می‌کند و پسازآن، غلظت 01/0 میلیگرمدرلیتر IAA قرار می‌گیرد و کمترین وزن تر و خشک نیز در غلظت 03/0 میلیگرمدرلیتر NAA مشاهده می‌شود (جدول 1). مقایسۀ واکنش گیاه به غلظت‌های 01/0 و 03/0 میلیگرمدرلیتر هورمون NAA نشان داد در غلظت کم این هورمون، پاسخ به هورمون اکسین با شدت زیادی در سلول‌های گیاهی شکل می‌گیرد، اما با افزایش سه برابری غلظت این هورمون، مسیرهای خودتنظیمی پاسخ به هورمون اکسین فعال می‌شوند که بازدارندۀ رشد گیاه هستند (جدول 1).
میزان اکسین در سلول‌ها تحت‌تأثیر فرایندهای متعددی شامل بیوسنتز اکسین، انتقال قطبی هورمون اکسین و مسیرهای متابولیکی آن قرار می‌گیرد؛ در این میان، انتقال قطبی هورمون اکسین سبب ایجاد شیب غلظت این هورمون در اندام‌های مختلف می‌شود که بر شیوۀ تمایز اندام‌ها و پاسخ به شرایط محیطی طی فرایند رشد گیاه مؤثر است (Hayashi et al., 2014). رشد و گسترش ریشه و نیز اندام هوایی در گیاهان به هماهنگی گسترده بین بافت‌های مختلف دارد تا نشانه‌های محیطی در طول رشد گیاه مورد توجه قرار گیرند؛ مشخص شده است اکسین نقش اصلی در تنظیم رشد ریشه دارد و سنتز، انتقال و انتقال سیگنال آن برای رشد ریشه و اندام هوایی گیاه دارای اهمیت زیادی است؛ تفاوت در ساختار شیمیایی و فضایی اکسین‌ها سبب می‌شود انتقال سیگنال آنها به‌منظور فعال‌شدن مسیرهای فیزیولوژیکی پایین‌دستی آنها تحت‌تأثیر قرار گیرد که تفاوت آثار مورفولوژیکی را در پی دارد (Dubrovsky et al., 2008).
شکل 4- گیاهچه‌های آرابیدوپسیس رشدیافته در حضور هورمون‌های اکسین مختلف. شاخص موجود در تصاویر دارای طول 1 سانتی‌متر است.
Figure 4- Arabidopsis seedlings grown in the presence of different auxin hormones. The index in the images has a length of 1 cm.
نتیجه‌گیری
بر اساس نتایج پژوهش حاضر، اثر هورمون‌های اکسین بر جنبه‌های مختلف رشد گیاه با یکدیگر متفاوت است؛ به‌طوری‌که هورمون IAA بدون تأثیر بر میزان رشد ریشۀ اصلی، تعداد ریشه‌های فرعی را افزایش داد. پاسخ ریشه به هورمون NAA به غلظت این هورمون وابسته است؛ به‌طوری‌که در غلظت کم، طول ریشۀ اصلی برابر با تیمار شاهد بود، اما تعداد بسیاری ریشۀ فرعی روی ریشۀ اصلی تشکیل شد. غلظت‌های زیاد این هورمون، افزایش تعداد ریشه‌های جانبی را در پی داشت، ولی طول ریشه نسبت به تیمار شاهد به مقدار زیادی کاهش یافت. استفاده از هورمون 2,4-D تولید کالوس را در ریشه‌ها تحریک کرد و با افزایش غلظت آن، میزان کالوس‌زایی نیز افزایش یافت. غلظت زیاد و کم IBA در محیط‌کشت به کاهش میانگین طول ریشه منجر شد. نتایج یادشده نشان می‌دهند غلظت مناسبی از هر هورمون باید در محیط‌کشت استفاده شود تا نتیجۀ مطلوب در ارتباط با رشد ریشه حاصل شود. تفاوت آثار مورفولوژیکی هورمون‌های اکسین مختلف را می‌توان نقشۀ راهی در نظر گرفت که امکان شناسایی هورمون اکسین موجود در عصاره‌های ناشناخته را طی پژوهش‌های آینده فراهم می‌کند.
)