نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه تولید و ژنتیک گیاهی- دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
2 گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
To investigate the effect of salicylic acid on the indicators of seed germination and growth of quinoa seedlings under cadmium stress, a factorial experiment was conducted in the form of a completely randomized basic design in four replications at Mohaghegh Ardabili University. The treatments included cadmium stress at five levels (0, 50, 100, 150, and 200 mg/l), and salicylic acid at five levels (0, 1, 1.5, 2, and 2.5 mM). The results showed that with the increase in stress intensity, the average percentage and speed of germination, dry weight, and length of quinoa seedlings decreased. In non-stressed conditions, the percentage and speed of germination and the dry weight of the seedlings obtained from the seeds pretreated with salicylic acid were significantly higher than the control seeds. Also, seed pretreatment with salicylic acid significantly increased the characteristics of germination percentage, germination rate, average germination percentage, seedling length, dry weight, activity of catalase, peroxidase, and polyphenol oxidase enzymes, but decreased the average germination time, time to 90% germination. Application of 2.5 mM salicylic acid as a pre-treatment in non-stress and cadmium stress conditions increased seedling length by 46.48 and 73.83%. By using 2.5 mM concentration of salicylic acid, the activity of catalase, peroxidase, and polyphenol oxidase enzymes increased by 45.30 to 93.89, 22.51 to 51.6, and 25.4 to 45.17%, respectively. In total, seed pretreatment with 2.5 mM salicylic acid, at different levels of cadmium stress, increased seed and seedling vigor and activity. Antioxidant enzymes had the most positive effect on the germination and growth of quinoa seedlings.
Introduction
Heavy metal stress is one of the most critical abiotic factors that has attracted a lot of attention in the last 30 years. Heavy metal is any element that exhibits a high density and exerts its lethal effects even when present in small amounts. Among all the discovered elements, 53 elements have been identified as heavy metals. Meanwhile, chromium (Cr), lead (Pb), cadmium (Cd), silver (Ag), cobalt (Co), platinum (Pt), arsenic (As), and nickel (Ni) play the most destructive role in plant physiology. (DeCaroli et al., 2020). Quinoa is a multipurpose plant that has recently been used in the human diet as a substitute for animal products as a source of protein. Quinoa contains a high amount of protein (12-18%), bioactive compounds, essential amino acids, fatty acids, and minerals. (Angeli et al., 2020) Quinoa seeds and leaves are used as food. While its biomass is also used in animal feed. In addition, the high contents of saponins and colors make it useful for industrial and medicinal purposes (Abd El-Moneim et al., 2021). Considering the importance of the quinoa plant and the existing problems in the field of germination and growth of its seedlings (due to the sensitive and critical nature of these steps), the use of the seed pretreatment technique in quinoa can be considered as one of the solutions that be effective directly and indirectly on improving the germination and establishment of seedlings under the conditions of heavy metal stress. Considering the role of salicylic acid in reducing the effects of heavy metal stress such as cadmium on the germination and growth of seedlings, this study aims to investigate the effect of pretreatment of seeds with salicylic acid on the indicators of seed germination and growth of quinoa seedlings. It was done under cadmium stress.
Materials and Methods
To investigate the effect of salicylic acid on the indicators of seed germination and the growth of quinoa seedlings under cadmium stress, a factorial experiment was carried out in the form of a completely randomized basic design in four replications in the Laboratory of Seed Science and Technology of Mohaghegh Ardabili University in 1400. The test treatments include cadmium concentrations at five levels (zero (control), 50, 100, 150, and 200 mg/liter), and salicylic acid concentrations at five levels (zero (control), 1, 1.5, 2, and 2.5 millimolar). Before applying the treatments, the seeds were disinfected with two percent sodium hypochlorite for one minute and then washed with distilled water. To pre-treat the seeds with salicylic acid, after preparing the solutions with concentrations of 1, 1.5, 2, and 2.5 mM, the sterilized seeds were placed in the determined concentrations for 12 hours. Then they were kept in an incubator with a temperature of 20 degrees Celsius for 12 hours. After the end of the period, the seeds were dried in the laboratory environment until reaching the initial moisture (Sheikhzadeh et al., 2021). To perform the germination test, 50 quinoa seeds were randomly placed in Petri dishes in 4 replicates using the top-of-paper method, and based on the desired treatments, cadmium solution at concentrations of 50 100, 150, and 200 mg/liter was added to Petri dishes (distilled water was used for the control treatment). To measure the biochemical characteristics of seedlings, samples of 10-day-old normal seedlings were randomly selected and these samples were kept in a freezer at -80°C until the biochemical and enzymatic properties were measured. The method of Chang & Koa (1988) was used to prepare the enzyme extract. The activity of the catalase enzyme was used according to the method of Aebi (1984) and the peroxidase enzyme was measured according to the method of Chanec Maehly & (1955) based on the formation of tetragaiacol from guaiacol in the presence of hydrogen peroxide and guaiacol enzyme. The activity of the polyphenol oxidase enzyme was measured by the method of Kar & Mishra (1955). Statistical analysis of data was done using SAS 9.4 statistical software. The normality of data distribution was evaluated using the Kolmogorov-Smirnov test. The comparison of means was done using Duncan's multiple range test at the 5% probability level. Excel software was used to draw graphs.
Results and Discussion
In total, the results of this research showed that with the increase in the intensity of cadmium stress, the characteristics of germination percentage, germination speed, average germination percentage, seedling length, and dry weight decreased and the average duration of germination, the time to 90% germination. In women, the activity of catalase, peroxidase, and polyphenol oxidase enzymes increased. Cadmium stress causes ionic imbalance, which stimulates the production of reactive oxygen species (ROS), which leads to cell membrane disruption, osmotic regulation, and the production of secondary metabolites. Considering the negative effect of this stress on the germination and growth of the obtained seedlings, pre-treating quinoa seeds with salicylic acid will shorten the time required for germination, so that in the conditions without stress and The cadmium stress pretreated seeds germinated faster than the control seeds and by reducing the average germination time and the time to 90% germination through increasing the rate of water absorption, repairing and preparing the structure and enzymes of the seed and the weak seed coat. It reduces cadmium damage and protects the germination process against the toxicity of this heavy metal.
Conclusion
We showed that increasing the activity of antioxidant enzymes during germination, improves the conditions of germination and initial growth, in other words, pre-treating seeds with salicylic acid at a concentration of 2.5 mM and different levels of cadmium stress The way of increasing seed and seedling vigor and increasing the activity of antioxidant enzymes reduces the negative effect of cadmium stress and improves the characteristics of germination and seedling growth.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
کینوا (Chenopodium quinoa Willd.) گیاه علفی یکساله است. این گیاه جزو شبه غلات است زیرا از خانواده اسفناج و چغندر قند است. کینوا میتواند به خوبی با محیطهای مختلف سازگار شود که در آن بقای سایر محصولات زراعی بسیار دشوار است. به همین دلایل، فائو سال 2013 را به عنوان سال بین المللی کینوا اعلام کرد. گیاه کینوا دارای تنوع ژنتیکی گسترده‌ای است که به این علّت در برابر سرما، شوری و شرایط خشکی بسیار مقاوم است (Hussain et al., 2021; Saeidi et al., 2021). کینوا یک گیاه چند منظوره است که به تازگی در رژیم غذایی انسان به عنوان جایگزینی برای محصولات حیوانی به عنوان منبع پروتئین استفاده میشود. کینوا حاوی مقدار زیادی از پروتئین (12-18 درصد)، ترکیبات فعال زیستی، اسیدهای آمینه ضروری، اسیدهای چرب و مواد معدنی است.(Angeli et al., 2020) از دانهها و برگهای کینوا به عنوان غذا استفاده میشود، در حالی که زیست توده آن در خوراک دام نیز استفاده میشود. علاوه بر این، محتویات بالای ساپونینها و رنگها، آن را برای مقاصد صنعتی و دارویی مفید میکند (Abd El-Moneim et al., 2021). تنش فلزات سنگین یکی از بحرانی‌ترین عوامل غیرزیستی است که در 30 سال گذشته توجه زیادی را به خود جلب کرده است. فلز سنگین به هر عنصری گفته میشود که چگالی بالایی از خود نشان میدهد و اثرات کشنده خود را حتی زمانی که در مقادیر کم موجود باشد، اعمال میکند. از میان تمام عناصر کشف شده، 53 عنصر به عنوان فلزات سنگین شناسایی شده است. در این میان کروم (Cr)، سرب (Pb)، کادمیوم (Cd)، نقره (Ag)، کبالت (Co)، پلاتین (Pt)، آرسنیک (As) و نیکل (Ni) مخرب ترین نقش را در فیزیولوژی گیاه دارند (De Caroli et al., 2020). فلزات سنگین با کاهش عملکرد اجزای مختلف سلولی، مانند غشای تیلاکوئید در کلروپلاست، لیپیدها و پروتئینها، رشد گیاه را محدود میکنند. در میان تمام فلزات سنگین، کادمیوم به دلیل دخالت گسترده آن در آلودگی زنجیره غذایی اهمیّت زیادی یافته است، زیرا به راحتی توسط سلولهای گونههای مختلف گیاهی جذب میشود. کادمیوم به آسانی در آب حل میشود، بنابراین با یک مکانیسم انتقال فعال وارد غشای نیمه تراوا سلولهای ریشه میشود و مسیر مشابهی را دنبال میکند و برای انتقال استفاده میشود. با توجه به پیشرفت‌های بخش کشاورزی و صنعتی، توجه جدّی به مسائل مربوط به سمیّت کادمیوم در چند دهه گذشته شده است (Jawad Hassan et al., 2020). کادمیوم سبب کاهش شاخصهای جوانهزنی بذر و رشد گیاهچهها در گل گاوزبان (Borago officinalis L.) (Mahmoudi et al., 2019) (Sheikhzadeh et al., 2021)، سورگوم (Sorghum) (Jawad Hassan et al., 2020)، رازیانه (Foeniculum vulgare) (Zhao et al., 2021) و نخود (Cicer arietinum) (Singhal et al., 2022) شده است. از آنجایی که تنش کادمیوم، به کاهش جوانهزنی و شاخصهای رشدی گیاهچهها مانند طول ریشهچه و ساقهچه منجر میشود، بنابراین بهکار بردن روشهایی که منجر به کاهش تأثیر منفی تنش فلزهای سنگین از جمله کادمیوم شده، اهمیت بسیاری دارد.
پژوهشهای متعدد در سال‌های اخیر نشان داده است سالیسیلیک اسید (Salicylic acid) یک تنظیم کننده درون‌زا رشد گیاه است، به عنوان یک سیگنال در القای پاسخ ویژه گیاه به تنشهای زیستی و غیرزیستی عمل میکند (Maghsoudi et al., 2020; Pruthvi Krishna et al., 2023; Bano et al., 2023; Urmi et al., 2023). سالیسیلیک اسید با افزایش سطح فعالیت آنتیاکسیدانها سبب کاهش تنش اکسیداتیو میشود. در شرایط وجود تنش فلزات سنگین، سالیسیلیک اسید همچنین موجب بهبود میزان جوانهزنی و رشد گیاهچهها میشود (Kumari et al., 2018: Tajti et al., 2019; Mostofa et al., 2019). سالیسیلیک اسید در مراحل مختلف رشدی گیاهان بهصورت محلولپاشی و یا ترکیب با خاک مورد استفاده میشود (Hasan begi et al., 2021; Rahmanpour et al., 2021). در مرحله بذری سالیسیلیک اسید بهصورت پیشتیمار بذر مورد استفاده قرار میشود. پیشتیمار بذر یک فناوری با هزینه کم و مفید برای بهبود قدرت و کیفیت بذر است (Finch-Savage & Footitt, 2017). در واقع پرایمینگ بذر با افزایش فعالیتهای متابولیکی قبل از جوانهزنی، موجب بهبود درصد و سرعت جوانهزنی و افزایش رشد گیاهچهها میشود (Ocvirk et al., 2021). پرایمینگ بذر با سالیسیلیک اسید سبب افزایش درصد جوانه زنی و رشد گیاهچه درگاوزبان اروپایی (Mahmoudi et al., 2019) گندم (Tania et al., 2021 ,Stanislawska-Glubiak & Korzeniowska, 2022; Sumaiya et al., 2020)، خشخاش (Papaver somniferum) (Hakimi et al., 2021)، مرزه (Satureja hortensis) (Tarigholizadeh et al., 2021)، لوبیا چشم بلبلی (Vigna unguiculata) (El-Taher et al., 2022)، و گوجه فرنگی (Solanum lycopersicum) (Matengu et al., 2021) شده است.
با توجه به اهمیت گیاه کینوا و مشکلات موجود در زمینة جوانهزنی و رشد گیاهچههای آن (بهعلت حساس و بحرانی بودن این مراحل)، استفاده از تکنیک پیشتیمار بذر در کینوا میتواند یکی از راهکارهایی در نظر گرفت که بهطور مستقیم و غیرمستقیم بر بهبود جوانهزنی و استقرار گیاهچهها در شرایط تنش فلزات سنگین موثر باشد. با توجه به نقش سالیسیلیک اسید در کاهش اثرات تنش فلزات سنگین از جمله کادمیوم روی جوانهزنی و رشد گیاهچهها، از این رو، این پژوهش با هدف بررسی تأثیر پیشتیمار بذر با سالیسیلیک اسید بر شاخصهای جوانهزنی بذر و رشد گیاهچههای کینوا تحت تأثیر تنش کادمیوم انجام شد.
مواد و روشها
برای بررسی تأثیر سالیسیلیک اسید بر شاخصهای جوانهزنی بذر و رشد گیاهچههای کینوا تحت تنش کادمیوم، آزمایشی بهصورت فاکتوریل در قالب طرح پایهی کامل تصادفی در چهار تکرار در آزمایشگاه علوم و تکنولوژی بذر دانشگاه محقق اردبیلی در سال 1400 انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل غلظتهای کادمیوم در پنج سطح (صفر (شاهد)، 50، 100، 150 و 200 میلیگرم در لیتر)، غلظتهای سالیسیلیک اسید در پنج سطح (صفر (شاهد)، 1، 5/1، 2 و 5/2 میلیمولار) بودند. کادمیوم کلراید (CdCl2 H2O) (شرکت سازنده مرک آلمان) و سالیسیلیک اسید (شرکت سازنده مرک آلمان) برای اعمال تیمارها تهیه شدند. بذر کینوای مورد استفاده در این پژوهش واریته تیتی کاکا (درصد خلوص بذر 99 درصد و قوه نامیه 95 درصد با وزن هزار دانه 6/2 گرم) بود که از شرکت پاکان بذر اصفهان تهیه شد. قبل از اعمال تیمارها، بذرها با هیپو‌کلرید سدیم دو درصد به مدت یک دقیقه ضدعفونی و سپس با آب مقطر شستشو داده شدند. برای اعمال پیشتیمار بذر با سالیسیلیک اسید ، بعد از تهیه محلولها با غلظت 1، 5/1، 2 و 5/2 میلیمولار، بذور ضدعفونی شده به مدت 12 ساعت در غلظتهای تعیین شده قرار داده شدند. سپس در انکوباتوری با دمای 20 درجه سلسیوس به مدت 12 ساعت نگهداری شدند. پس از اتمام مدّت زمان، بذرها تا رسیدن به رطوبت اولیه در محیط آزمایشگاه خشکانده شدند (Sheikhzadeh et al., 2021). برای انجام آزمون جوانهزنی،50 عدد بذر کینوا بهطور تصادفی و در 4 تکرار به روش روی کاغذ (Top of paper) در داخل پتری‌‌دیشها قرار داده شد و بر اساس تیمارهای موردنظر، محلول کادمیوم در غلظتهای 50، 100، 150 و 200 میلیگرم در لیتر به پتری دیشها اضافه شدند (برای تیمار شاهد از آب مقطر استفاده شد). نمونهها سپس به ژرمیناتوری با دمای 20 درجه سلسیوس انتقال داده شده و به مدت 10 روز در این شرایط قرار گرفتند. تعداد بذور جوانهزده هر 12 ساعت شمارش و یادداشت شدند. ظهور ریشهچه به‌اندازه‌ی 2 میلی‌متر معیاری برای جوانهزنی بذرها در نظر گرفته شد (ISTA, 2017). پس از اتمام 10 روز مدت جوانهزنی، تعداد جوانه‌های نرمال شمارش و درصد جوانهزنی، میانگین مدت جوانهزنی (Ellis & Roberts, 1981)، سرعت جوانهزنی (Rajpar et al., 2006)، زمان تا 90 درصد جوانهزنی و متوسط جوانهزنی روزانه (Hunter et al., 1984) تعیین شد. همچنین طول گیاهچه با خط کش مدرج و وزن خشک گیاهچه توسط ترازو اندازهگیری شد.
جهت اندازهگیری صفات بیوشیمیایی گیاهچهها، نمونههایی از گیاهچههای نرمال 10 روزه بهصورت تصادفی انتخاب و این نمونهها تا زمان اندازهگیری ویژگیهای بیوشیمیایی و آنزیمی در فریزر با دمای 80- درجه سانتیگراد نگهداری شدند. برای تهیه عصاره آنزیمی از روش (1988) Chang & Koa استفاده شد. میزان فعالیت آنزیم کاتالاز با روش Aebi (1984) استفاده شد و آنزیم پراکسیداز با روش (1955) Maehly طبق تشکیل تتراگایاکول از گایاکول در حضور پراکسید هیدروژن و آنزیم گایاکول اندازه گیری شد. فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز توسط روش (1955) Kar & Mishra اندازهگیری شد. تجزیه و تحلیل آماری دادهها با نرم افزار آماری SAS 9.4انجام شد. نرمال بودن توزیع دادهها با آزمون کولموگروف-اسمیرنوف ارزیابی شد. مقایسه میانگینها با آزمون چنددامنهای دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد. برای رسم نمودارها از نرمافزار Excel استفاده شد.
نتایج
درصد جوانهزنی: نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) نشان دادند درصد جوانهزنی تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید و اثر متقابل کادمیوم و سالیسیلیک اسید هستند. تنش کادمیوم سبب کاهش معنیدار درصد جوانهزنی بذور کینوا شد. در بین تیمارهای مورد بررسی کمترین درصد جوانهزنی با کاربرد غلظت 200 میلیگرم در لیتر کادمیوم مشاهده شد که اختلاف معنیداری با غلظت 150 میلی گرم در لیتر کادمیوم نداشت. مقایسه میانگین دادهها نشان داد درصد جوانهزنی بذور کینوا با افزایش غلظت کادمیوم کاهش یافته است (شکل 1). بیشترین درصد جوانهزنی (100 درصد) در شرایط بدون تنش کادمیوم در تیمار 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید بهدست آمد که اختلاف معنیداری با تیمار 2 میلیمولار سالیسیلیک اسید نداشت. در شرایط وجود تنش کادمیوم (غلظتهای50 تا 200 میلیگرم در لیتر) نیز کاربرد غلظتهای 1 تا 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید موجب افزایش معنیدار درصد جوانهزنی بذرهای کینوا شد. در این شرایط در بین غلظتهای مختلف سالیسیلیک اسید بیشترین درصدجوانه‌زنی با کاربرد غلظت 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید حاصل شد (شکل 1).
جدول 1- تجزیه واریانس اثرات تنش کادمیوم و سالیسیلیک اسید بر جوانهزنی بذر و رشد گیاهچههای کینوا
Table 1- Analysis variance of cadmium stress and salicylic acid effects on seed germination and growth of quinoa seedlings
|
وزن خشک گیاهچه Seedling dry weight |
طول گیاهچه Seedling length |
متوسط جوانه زنی روزانه Mean daily germination |
زمان تا 90 درصد جوانه زنی Time to 90 percentage germination |
سرعت جوانه زنی Germination rate |
میانگین مدت جوانه زنی Mean germination time |
درصد جوانهزنی Germination percentage |
درجه آزادی df |
منابع تغییر S.O.V |
|
**1×10-6 |
**2.81 |
**18.06 |
**1.23 |
* 308.2 |
** 0.05 |
** 3543.1 |
4 |
تنش کادمیوم Cadmium stress |
|
**3×10-5 |
**39.62 |
**3.7 |
**5.72 |
** 198.6 |
** 0.4 |
** 732.3 |
4 |
سالیسیلیک اسید Salicylic acid |
|
**2×10-7 |
**0.21 |
*0.13 |
*0.62 |
** 4.14 |
** 0.03 |
** 27.4 |
16 |
سالیسیلیک اسید × تنش کادمیوم Salicylic acid × Cadmium stress |
|
2×10-7 |
0.009 |
0.008 |
0.29 |
0.21 |
0.013 |
1.65 |
75 |
خطا Error |
|
6.77 |
2.49 |
1.59 |
14.19 |
1.48 |
6.19 |
1.59 |
|
ضریب تغییرات CV % |
ns،* و ** به ترتیب غیرمعنیدار و معنیدار سطح احتمال پنج درصد، یک درصد
ns, * and ** are non-significant and significant at the five percent, one percent probability level, respectively
شکل 1- تاثیر تیمار سالیسیلیک اسید بر درصد جوانهزنی بذور کینوا تحت تنش کادمیوم. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنی دار با آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 1- The effects of salicylic acid treatment on the germination percentage of quinoa seeds under cadmium stress. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
میانگین مدت جوانهزنی: نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) نشان دادند میانگین مدّت جوانهزنی تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید و اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار شد.
تنش کادمیوم به افزایش معنیدار میانگین مدت جوانهزنی بذور کینوا منجر شد.بهطوری که در بین تیمارهای مورد پژوهش بیشترین میانگین مدّت جوانهزنی بذور (13/2 روز) در شرایط تنش کادمیوم 200 میلی گرم در لیتر و کمترین میانگین مدت جوانهزنی (55/1 روز) در شرایط عدم تنش کادمیوم دیده شد (شکل 2).
پیشتیمار نمودن بذور کینوا با سالیسیلیک اسید به کاهش میانگین مدّت جوانهزنی بذور در شرایط بدون تنش و نیز در شرایط تنش کادمیوم منجر شد. در شرایط وجود تنش کادمیوم (غلظتهای50 تا 200 میلیگرم در لیتر) نیز کاربرد غلظتهای 1 تا 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید موجب کاهش میانگین مدت جوانهزنی بذرهای کینوا شد. بیشترین میانگین مدت جوانهزنی بذور در تیمار شاهد سالیسیلیک اسید و کمترین میانگین مدت جوانهزنی (55/1 روز) در تیمار 5/2 میلی مولار سالیسیلیک اسید دیده شدند (شکل 2).
شکل 2- تاثیر تیمار سالیسیلیک اسید بر میانگین مدت جوانهزنی بذور کینوا تحت تنش کادمیوم. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 2- The effects of salicylic acid treatment on the Mean germination time of quinoa seeds under cadmium stress. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
سرعت جوانهزنی: سرعت جوانهزنی تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید و اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار شد (جدول 1). افزایش تنش کادمیوم منجر به کاهش سرعت جوانهزنی شد. از سوی دیگر در بین تیمارهای مورد بررسی کمترین سرعت جوانهزنی (24/23 ساعت) با کاربرد غلظت 200 میلیگرم در لیتر کادمیوم مشاهده شد که بطور معنیداری کمتر از سایر سطوح تنش کادمیوم (غلظتهای50 تا 150 میلیگرم در لیتر) بود (شکل 3). تنش کادمیوم سبب کاهش معنیدار سرعت جوانهزنی بذور کینوا شد، اما پیشتیمار بذور با سالیسیلیک اسید سرعت جوانهزنی در تمام سطوح تنش کادمیوم افزایش نشان داد بطوری که بیشترین سرعت جوانهزنی (99/39) در تیمار 5/2 میلی مولار سالیسیلیک اسید مشاهده شد حدود 68/71 درصد بیشتر از بذور شاهد بود (شکل 3).
شکل 3- تاثیر تیمار سالیسیلیک اسید بر سرعت جوانهزنی بذور کینوا تحت تنش کادمیوم. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 3- The effect of salicylic acid treatment on the Germination rate of quinoa seeds under cadmium stress. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
زمان تا 90 درصد جوانهزنی: نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) نشان داد زمان تا 90 درصد جوانهزنی تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید و اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار شد. تنش کادمیوم سبب افزایش زمان تا 90 درصد جوانهزنی بذور کینوا شد. بطوری که در بین تیمارهای مورد بررسی بیشترین درصد زمان تا 90 درصد جوانهزنی (5 ساعت) با کاربرد غلظت 200 میلیگرم در لیتر کادمیوم مشاهده شد که اختلاف معنیداری با کاربرد غلظت 150 میلیگرم در لیتر کادمیوم نداشت. تنش کادمیوم تا 90 درصد جوانهزنی افزایش نشان داد، از سوی دیگر بیشترین زمان تا 90 درصد جوانهزنی در شرایط تنش کادمیوم 200 میلی گرم در لیتر مشاهده شد (شکل 4). همچنین با کاربرد غلظتهای مختلف سالیسیلیک اسید مدت زمان لازم برای رسیدن به 90 درصد جوانه زنی نسبت به تیمار عدم کاربرد سالیسیلیک اسید بهطور معنیداری کاهش نشان داد. از سوی دیگر نتایج نشان داد که کاربرد 5/2 میلی مولار سالیسیلیک اسید زمان تا 90 درصد جوانهزنی را کاهش داد (شکل 4). کمترین زمان تا 90 درصد جوانهزنی (53/2 ساعت) در تیمار 5/2 میلی مولار سالیسیلیک اسید در شرایط نرمال مشاهده شد (شکل 4).
شکل 4- تاثیر تیمار سالیسیلیک اسید بر میانگین زمان تا 90 درصد جوانهزنی بذور کینوا تحت تنش کادمیوم. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 4- The effect of salicylic acid treatment on the Time to 90 percentage germination of quinoa seeds under cadmium stress. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
میانگین درصد جوانهزنی روزانه: بر اساس نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) میانگین درصد جوانهزنی روزانه تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید و اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار شد. میانگین درصد جوانهزنی روزانه با افزایش تنش کادمیوم بطور معنیداری کاهش یافت. از سوی دیگر؛ بیشترین میانگین درصد جوانهزنی روزانه (14/7 درصد) در شرایط بدون تنش کادمیوم مشاهده شد (شکل 5). کمترین میانگین درصد جوانهزنی روزانه (07/3 درصد) در تنش کادمیوم 200 میلی گرم در لیتر در تیمار شاهد مشاهده شد که حدود 57/32 درصد کمتر از سایر تیمارها بود (شکل 5).
پیشتیمار سالیسیلیک اسید بطور معنیداری در تمام سطوح تنش کادمیوم میانگین درصد جوانهزنی روزانه را افزایش داد بهطوری که بیشترین میانگین درصد جوانهزنی روزانه در تیمار 5/2 میلی مولار سالیسیلیک اسید مشاهده شد و اختلاف معنیداری با کاربرد 2 میلی مولار سالیسیلیک اسید در همین شرایط و 5/2 میلی مولار سالیسیلیک اسید در شرایط تنش کادمیوم 50 میلی گرم در لیتر نداشت (شکل 5).
شکل 5- تاثیر تیمار سالیسیلیک اسید بر میانگین درصد جوانهزنی روزانه بذور کینوا تحت تنش کادمیوم. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 5- The effect of salicylic acid treatment on the average daily germination percentage of quinoa seeds under cadmium stress. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
طول گیاهچه: بر اساس نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) طول گیاهچه تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید و اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار شد. تنش کادمیوم سبب کاهش معنیدار طول گیاهچه کینوا در حدود 18/40 درصد در تیمار شاهد شد (شکل 6). در بین تیمارهای مورد پژوهش، کمترین طول گیاهچه با کاربرد غلظت 200 میلیگرم در لیتر کادمیوم مشاهده شد که اختلاف معنیداری با غلظت 150 میلی گرم در لیتر کادمیوم نداشت. مقایسه میانگین دادهها نشان داد که طول گیاهچه کینوا با افزایش غلظت کادمیوم کاهش یافته است (شکل 6). بیشترین طول گیاهچه در تیمار 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید مشاهده شد که اختلاف معنیداری در شرایط تنش کادمیوم 50 میلی گرم در لیتر نداشت. کاربرد 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید بهصورت پیشتیمار به ترتیب در شرایط بدون تنش کادمیوم و تنش کادمیوم طول گیاهچه را 48/46 و 83/73 درصد افزایش داد (شکل 6).
شکل 6- تاثیر تیمار سالیسیلیک اسید بر میانگین طول گیاهچه کینوا تحت تنش کادمیوم. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 6- The effect of salicylic acid treatment on quinoa seedling length under cadmium stress. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
وزن خشک گیاهچه: بر اساس نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) وزن خشک گیاهچه تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید و اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار شد. نتایج نشان داد که وزن خشک گیاهچه در بالاترین سطوح کادمیوم (200 میلیگرم در لیتر) 18 تا 36/36 درصد کاهش یافت. از سوی دیگر، کمترین وزن خشک گیاهچه با کاربرد غلظت 200 میلیگرم در لیتر کادمیوم در تیمار شاهد مشاهده شد (شکل 7). پیشتیمار نمودن بذور کینوا با سالیسیلیک اسید به افزایش وزن خشک گیاهچه در شرایط بدون تنش و نیز در شرایط تنش کادمیوم منجر شد. همچنین بیشترین میزان وزن خشک گیاهچه (0046/0 گرم) در شرایط پیشتیمار 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید مشاهده شد که بطور معنیداری بیشتر از سایر تیمارها بود (شکل 7).
شکل 7-تاثیر تیمار سالیسیلیک اسید بر میانگین وزن خشک گیاهچه کینوا تحت تنش کادمیوم. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 7- The effect of salicylic acid treatment on dry weight of quinoa seedlings under cadmium stress. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
فعالیت آنزیم کاتالاز: بر اساس نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس دادهها (جدول 2) فعالیت آنزیم کاتالاز تحت تأثیر تنش کادمیوم، سالیسیلیک اسید معنیدار شد، امّا اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار نشد. تنش کادمیوم فعالیت آنزیم کاتالاز را افزایش داد بهطوری که 200 میلیگرم در لیتر تنش کادمیوم فعالیت آنزیم کاتالاز را 97/17 درصد نسبت به تیمار شاهد افزایش داد (شکل 8 آ). پیشتیمار نمودن بذور کینوا با سالیسیلیک اسید به افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز منجر شد. بهطوریکه بیشترین فعالیت آنزیم کاتالاز در شرایط پیشتیمار 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید مشاهده شد که بطور معنیداری بیشتر از سایر تیمارها بود، امّا اختلاف معنیداری با پیشتیمار 2 میلیمولار سالیسیلیک اسید نداشت و حدود 15/94 درصد بیشتر از تیمار شاهد بود (شکل 8 ب).
جدول 2- تجزیه واریانس اثرات تنش کادمیوم و سالیسیلیک اسید بر فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانت گیاهچههای کینوا
Table 2- Analysis variance of cadmium stress and salicylic acid effects on antioxidant enzyme activity of quinoa seedlings
|
فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز Polyphenol oxidase enzyme activity |
فعالیت آنزیم پراکسیداز Peroxidase enzyme activity |
فعالیت آنزیم کاتالاز Catalase enzyme activity |
درجه آزادی df |
منابع تغییر S.O.V |
|
* 43.01 |
** 39.86 |
* 129.8 |
4 |
تنش کادمیوم Cadmium stress |
|
** 546.42 |
** 653.2 |
** 2304.9 |
4 |
سالیسیلیک اسید Salicylic acid |
|
ns 6.76 |
ns 6.43 |
ns 29.94 |
16 |
سالیسیلیک اسید × تنش کادمیوم Salicylic acid × Cadmium stress |
|
4.21 |
9.89 |
37.7 |
75 |
خطا Error |
|
13.43 |
8.61 |
14.65 |
|
ضریب تغییرات CV % |
ns،* و ** به ترتیب غیرمعنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج درصد، یک درصد
ns, * and ** are non-significant and significant at the five percent, one percent probability level, respectively
b a
شکل 8-تأثیر تیمار تنش کادمیوم (a) و سالیسیلیک اسید (b) بر فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچههای کینوا. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 8- The effect of cadmium stress treatment (a) and salicylic acid (b) on catalase enzyme activity. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
فعالیت آنزیم پراکسیداز: فعالیت آنزیم پراکسیداز تحت تأثیر تنش کادمیوم و سالیسیلیک اسید واقع شد، امّا اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار نشد (جدول 2). تنش کادمیوم به افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز منجر شد بهطوری که بیشترین افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز در تنش کادمیوم 150 میلیگرم در لیتر مشاهده شد که اختلاف معنیداری با تنش 100 و 200 میلیگرم در لیتر نداشت و فعالیت آنزیم پراکسیداز را 94/8 درصد نسبت به تیمار شاهد افزایش داد (شکل 9 آ). H2O2بیشتر توسط پراکسیداز (POD) و کاتالاز (CAT) به اکسیژن و آب تبدیل میشود (Guedes et al., 2021). تیمار سالیسیلیک اسید سبب افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز شد. از سوی دیگر بیشترین افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز در شرایط پیشتیمار 5/2 میلیمولار سالیسیلیک اسید مشاهده شد که حدود 92/51 درصد بیشتر از تیمار شاهد بود (شکل 9 ب).
b a
شکل 9- تأثیر تیمار تنش کادمیوم (a) و سالیسیلیک اسید (b) بر فعالیت آنزیم پراکسیداز. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 9- The effect of cadmium stress treatment (a) and salicylic acid (b) on Peroxidase enzyme activity. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز: بر اساس نتایج جدول تجزیه واریانس، فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز تحت تأثیر اثر ساده تنش کادمیوم و سالیسیلیک اسید قرار گرفت، امّا اثر متقابل کادمیوم × سالیسیلیک اسید معنیدار نشد (جدول 2). همانطور که در شکل 10 آ مشاهده میشود، با افزایش غلظت تنش کادمیوم از 50 به 200 میلیگرم در لیتر فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز در حدود 10/2 تا 41/25 درصد نسبت به تیمار شاهد افزایش یافت. پیشتیمار نمودن بذور کینوا با 5/2 و 2 میلیمولار سالیسیلیک اسید به افزایش فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز را به ترتیب 03/45 و 51/22 درصد منجر شد (شکل 10 ب)
b a
شکل 10- تأثیر تیمار تنش کادمیوم (a) و سالیسیلیک اسید (b) بر فعالیت آنزیم پراکسیداز. مقادیر میانگین چهار تکرار هستند و حروف یکسان وجودنداشتن اختلاف معنادار با استفاده از آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 10- The effect of cadmium stress treatment (a) and salicylic acid (b) on Peroxidase enzyme activity. The values are the mean values of four repetitions and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
بحث
در پژوهش حاضر، تأثیر مثبت غلظتهای مختلف سالیسیلیک اسید بر گیاهچه کینوا در شرایط سمّیت کادمیوم در شرایط آزمایشگاهی بررسی شد. بر اساس نتایج این پژوهش درصد جوانهزنی بذور کینوا با افزایش غلظت کادمیوم کاهش یافته است (شکل 1) که با نتایج Sheikhzadeh, et al (2021) بر روی گیاه گاوزبان (Borago officinalis)، Silva, et al (2021) روی پنبه (Gossypium) مطابقت داشت. پیشتیمار نمودن بذور کینوا با سالیسیلیک اسید منجر شد تا درصد جوانهزنی بذور در شرایط بدون تنش و نیز در شرایط تنش کادمیوم افزایش یابد. اگرچه سالیسیلیک اسید در نمو و پیشرفت علائم تنش شرکت میکند، این هورمون برای فرآیند سازش و القاء تحمّل به تنش نیز مورد نیاز است. افزایش درصد جوانهزنی در تیمار با سالیسیلیک اسید در گیاه کاسنی گزارش شده است (Haleema et al., 2023). تیمارهای آلی همانند سالیسیلیک اسید می‌توانند با افزایش و تنظیم فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان و هیدرولیز کننده نشاسته در طی جوانهزنی به افزایش درصد و سرعت جوانهزنی بذر در شرایط متغیر محیطی منجر میشود (Coolbear, 2020). پیشتیمار سبب تغییرات زیستی و فیزیولوژیکی زیادی در بذر و همچنین گیاه حاصل از آن میشود، به طوری که نتیجه این عمل در جوانهزنی، استقرار اولیه گیاه، زودرسی و افزایش کمی و کیفی محصول قابل مشاهده میباشد. مرحله جوانهزنی بذر جهت تعیین تراکم نهایی بوته در واحد سطح اهمّیت زیادی دارد و تراکم کافی بوته در واحد سطح هنگامی حاصل میشود که بذرهای کشت شده به طور کامل و با سرعت کافی جوانه بزنند (Najafi et al., 2015). نتایجRehman, et al (2019) ، نشان دادند خیساندن بذر کدو (Cucurbita) سبب افزایش درصد جوانهزنی بذر و کاهش متوسط مدّت جوانهزنی شد و نیز پیری بذر را کاهش داد. پژوهشی که برای تعیین بهترین مدت زمان پیشتیمار رطوبتی و بررسی اثر آن بر روی صفات مختلف رشدی در هنگام جوانهزنی بذر تربچه انجام گرفت نشان داد که مجموعه این فاکتوها موجب رشد سریعتر و استقرار بهتر گیاهچههای تربچه (Raphanus sativus) در شرایط نامطلوب منجر به تحمل بهترین شرایط میشود (Farzaneh et al., 2013). Anwar et al (2021) گزارش کردند سمّیت کادمیوم در جوانه زدن نهالهای سورگوم (Sorghum) دو رنگ فعالیت آنزیم هیدرولیز را مختل میکند و تأثیر منفی بر انتقال محصولات هیدرولیز به سمت محور جنینی در حال رشد دارد و در نتیجه سبب افزایش میانگین مدّت جوانهزنی میشود. درواقع سرعت جوانهزنی رابطه معکوسی با میانگین مدّت زمان جوانهزنی دارد، بهنحوی که هر چه سرعت جوانهزنی افزایش یابد، مدّت زمان لازم برای جوانه زدن بذر نیز کاهش پیدا میکند. میانگین مدّت جوانهزنی همچنین با کیفیت توده بذری رابطه عکس دارد، بنابراین هر چه میانگین مدّت جوانهزنی بذر کمتر باشد، نمونه بذری از کیفیت بیشتری برخوردار است. میتوان بیان نمود که سالیسیلیک اسید با بهبود فرایند جوانهزنی به افزایش سرعت جوانهزنی (شکل 3) و کاهش میانگین مدّت زمان جوانهزنی (شکل 2) منجر شد و این موضوع نشان دهنده افزایش قدرت بذر کینوا با کاربرد سالیسیلیک اسید است. اگر بذر نتواند رطوبت را جذب کند و یا در جذب آب توسط بذر اختلالی به وجود بیاید، فعالیتهای متابولیک جوانهزنی در داخل بذر آهسته صورت میگیرد و در نتیجه مدّت زمان لازم برای خروج ریشهچه از بذر افزایش مییابد که تحت تنش علاوه بر اینکه در مرحله آب نوشی و استقرار گیاهچه جذب آب کاهش مییابد، یونهای اضافه نیز جذب میشوند که سبب ایجاد پتانسیل اسمزی شده و در نهایت باعث تأخیر در جوانهزنی و خروج ریشهچه میشود (Mousavi & Omidi, 2021). کاهش سرعت جوانه زنی بذر توسط کادمیوم در گیاهان شنبلیله (Zayneb et al., 2015) و زیره سبز (Salarizadeh et al., 2016) نشان داده شده است. همچنین، کاهش جوانهزنی بذر ممکن است به اثرات منفی کادمیوم بر جذب و حرکت آب یا تجزیه و یا تغییر در ویژگیهای نفوذپذیری غشای سلولی مرتبط باشد (Zayneb et al., 2015; Salarizadeh et al., 2016). پیشتیمار سبب تغییرات زیستی و فیزیولوژیکی زیادی در بذر و همچنین گیاه حاصل از آن میشود، به طوری که نتیجه این عمل در جوانهزنی، استقرار اولیه گیاه، زودرسی و افزایش کمّی و کیفی محصول قابل مشاهده میباشد. مرحله جوانهزنی بذر جهت تعیین تراکم نهایی بوته در واحد سطح اهمیّت زیادی دارد و تراکم کافی بوته در واحد سطح هنگامی حاصل میشود که بذرهای کشت شده به طور کامل و با سرعت کافی جوانه بزنند (Najafi et al., 2015). یافتههایRehman, et al (2019) نشاندهنده این است که خیساندن بذر کدو (Cucurbita) نیز سبب افزایش درصد جوانهزنی بذر، کاهش متوسط مدت جوانهزنی شد و نیز پیری بذر را کاهش داد. پژوهشی که برای تعیین بهترین مدت زمان پیشتیمار رطوبتی و بررسی اثر آن بر روی صفات مختلف رشدی در هنگام جوانهزنی بذر تربچه انجام شد، نشان داد مجموعه این فاکتورها موجب رشد سریعتر و استقرار بهتر گیاهچههای تربچه در شرایط نامطلوب منجر به تحمّل بهترین شرایط میشود (Farzaneh et al., 2013).Ghaderi (2023) & Aliloo نشان دادند تیمار سالیسیلیک اسید در گیاه کلزا منجر به کاهش زمان لازم برای رسیدن به 90 درصد جوانه زنی شد. بعضی از پژوهشگران اثرات مثبت پیشتیمار را بر جوانهزنی گیاهان مختلف مورد بررسی قرار دادند که این روشهای تیماری در افزایش شاخصهای جوانهزنی موثر هستند (Demir kaya et al., 2006; Murungu et al., 2003; Ansari et al., 2012). کاهش جوانه زنی بذر توسط کادمیوم در گیاهان شنبلیله (Zayneb et al., 2015) و زیره سبز (Salarizadeh et al., 2016) نشان داده شده است. کاهش جوانهزنی بذر ممکن است به اثرات منفی کادمیوم بر جذب و حرکت آب یا تجزیه ویا تغییر در ویژگیهای نفوذپذیری غشای سلولی مرتبط باشد (Salarizadeh et al., 2016). کاهش درصد جوانهزنی روزانه در اثر سمّیت مس در کاهو گزارش شده است (Shams et al., 2018). جوانهزنی از مهمترین و حساسترین مراحل رشدی محصولات زراعی است. یکنواختی و درصد سبز شدن بذر میتواند تأثیر زیادی بر عملکرد و کیفیت محصول داشته باشد .(Shahrousvand, 2010; Najafi et al., 2015) تنش کادمیوم باعث کاهش طول گیاهچه شد که با نتایج Sheikhzadeh, et al (2021) روی گیاه گاوزبان، Silva, et al (2021) روی پنبه مطابقت داشت. افزایش در شاخصهای رشد گیاهان تحت تنش کادمیوم در پاسخ به سالیسیلیک اسید ممکن است با تغییراتی در مواد معدنی و نقش حفاظتی غشا مرتبط باشد که تحمل گیاه را در برابر آسیب افزایش میدهد. بنابراین این نتیجه نشان میدهد که طول گیاهچه درجاتی از تحمّل به تیمارهای کادمیوم را نشان میدهد. به علّت ماهیّت متحرک، کادمیوم از طریق ریشه وارد گیاهان میشود و از طریق ناقلان مختلف آوند چوبی و آوند آبکش به شکل یونی به سمت شاخه‌ها منتقل میشود. از هر دو مسیر انتقال آپوپلاستیک و سمپلاستیک برای ورود کادمیوم به آوند چوبی استفاده میشود و در نهایت به شاخه منتقل میشود (Dong et al., 2019). یونهای کادمیوم بیش از حد به آسانی توسط ریشه گیاه جذب میشوند، سپس به اندام‌های هوایی منتقل میشوند و تغییرات پیچیده‌ای را در گیاهان در سطوح مختلف ایجاد میکنند (Salarizadeh et al. 2016). پیشتیمار سالیسیلیک اسید در مقایسه با تیمار شاهد، رشد طولی ریشهچه و گیاهچه را به ترتیب به میزان 46 و 30 درصد افزایش داد (Ghaderi & Aliloo, 2023). پیشتیمار سالیسیلیک اسید صفات جوانهزنی و رشدی را با تعدیل اثر تنشها بهبود میبخشد (Zhu et al., 2021). افزایش شاخصههای رشدی گیاهچه مانند طول و وزن گیاهچه ارتباط بسیار نزدیکی با سرعت جوانهزنی دارند، زیرا، بذور تحت پیشتیمار زودتر جوانهزده و گیاهچه بزرگتری را ایجاد میکنند. در حالیکه، تمامی تیمارها در یک زمان مشخص ارزیابی میشوند.تیمار سالیسیلیک اسید در گیاهان، سیستم آنتیاکسیدانی را تنظیم میکند، رشد و عملکرد را بهبود میبخشد و سبب کاهش آسیب اکسیداتیو در شرایط تنش فلزات سنگین میشود (Ghasemifar & Habibi, 2023). مهار رشد توسط کادمیوم میتواند به علّت مهار تقسیم سلولی و سرعت طویل شدن سلولها باشد که اغلب توسط مهار غیر قابل برگشت پمپ پروتون که مسؤل این فرآیند است، رخ میدهد (Amooaghaie et al., 2013) و با نتایج Amjad, et al (2021) روی گیاه کینوا مطابقت دارد. بسیاری از پژوهشگران گزارش کردهاند که تحت تنش کادمیوم کاهش قابل توجهی در رشد گیاهان وجود دارد (Panda et al., 2017: Rehman et al., 2019). به طور مشابه، Amjad, et al (2021) دریافتند که رشد گیاه کینوا با افزایش سطح کادمیوم خاک از 30 به 90 میلیگرم در کیلوگرم به ترتیب کاهش مییابد. این کاهش ناشی از کادمیوم در رشد کینوا به ناهنجاریهای متعددی مانند جذب محدود مواد مغذی، سمّیت یون کادمیوم، محدودیت روابط آبی گیاهی، فرآیند فتوسنتزی و فعالیتهای آنزیمی نسبت داده میشود ((Rehman et al., 2019, Abdal et al., 2021.
اثر مثبت سالیسیلیک اسید در گیاهان مختلف به تنش به نقش سالیسیلیک اسید در جذب عناصر غذایی، توانایی رشد نسبت داده شده است. روند بهبود در وزن خشک ریشهچه (1/74 درصد) و گیاهچه (60 درصد) در تیمار با سالیسیلیک اسید در نتایج Ghaderi & Aliloo (2023) در گیاه کلزا گزارش شده است. افزایش شاخصههای رشدی گیاهچه مانند طول و وزن گیاهچه ارتباط بسیار نزدیکی با سرعت جوانهزنی دارند، زیرا بذور تحت پیشتیمار زودتر جوانهزده و گیاهچه بزرگتری را ایجاد میکنند. از سوی دیگر، تمامی تیمارها در یک زمان مشخص ارزیابی میشوند. گیاهان برای تعدیل تنش اکسیداتیو، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان نظیر کاتالاز، پراکسیدازهای مختلف و سوپراکسیددیسموتاز، همچنین سنتز آنتی اکسیدانهای غیرآنزیمی را افزایش میدهند تا وضعیت ردوکس سلولی را کنترل کنند (Jafarhaddadian et al., 2020). این موضوع به‌خوبی اثبات شده است که سیستم آنتیاکسیدانی نقش مهمی در تحمّل گیاه به شرایط تنشزا دارد و فعالیت یک یا تعداد بیشتری از آنزیمهای آنتیاکسیدان در گیاهان قرارگرفته در شرایط تنشزا افزایش مییابد و منجر به افزایش تحمّل گیاه به تنش میشود (Gerami et al., 2018). فعال شدن بیش از حد ممکن است به دلیل توانایی آن در تبدیل رادیکال‌های سوپر اکسید به H2O2 باشد (Rehman et al., 2019; Shahid et al., 2011). مشابه این یافته‌ها، افزایش فعال‌سازی آنزیم کاتالاز در تنش فلزات در گیاه کینوا به خوبی ثبت شده است (Abdal et al., 2021; Iftikhar et al., 2021). سمّیت H2O2 زمانی که به اکسیژن مولکولی و آب تبدیل میشود،کاهش مییابد. این مرحله مهم در سم زدایی از H2O2 از طریق بیان بیش از حد کاتالاز و پراکسیداز به دست میآید (Shahid et al., 2019; Amjad et al., 2021). تنش اکسیداتیو ناشی از کادمیوم و آسیب غشاء در بسیاری از گیاهان مشاهده شده است (Rasafi et al., 2021 Kaya et al., 2021; Murtaza et al., 2019;). نتایج(2023) Pai & Sharma در برنج افزایش فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانت را در اثر پیش تیمار با سالیسیلیک اسید نشان داد. افزایش فعالیّت بسیاری از آنزیم های آنتی اکسیدانی، SOD،APX و CAT توسط سالیسیلیک اسید نیز نشان داده شده است (Jini & Joseph, 2017). افزایش سطح بیان آنزیمهای آنتیاکسیدان در تیمارهای بذری توسط سالیسیلیک اسید گزارش شده است (Tayyab et al., 2020). نتایج پژوهش Alharby و همکاران (2021) نشان میدهد فعالیتهای CAT، APX وPOD روند افزایشی بر سمّیت کادمیوم دارد. پژوهش حاضر نشان داد که تحت تنش کادمیوم فعالیت هر دو آنزیم افزایش یافته است. نتایج مشابهی در فعالیت این آنزیم‌ها تحت تنش کادمیوم در آزمایش‌های خاک و نیز در کشت محلول در کینوا (Amjad et al., 2021; Abdal et al., 2021; Iftikhar et al., 2021) و همچنین گیاهان دیگر مشاهده شده است (Rehman et al., 2019; Shahid et al., 2019). بنابراین، میتوان استنباط کرد که هر دو آنزیم کاتالاز و پراکسیداز نقش مهمی در سم زدایی H2O2 و آسیب سلولی حاصل در گیاهان تحت تنش کادمیوم دارند (Abdal et al., 2021; Iftikhar et al., 2021). افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز توسط(2023) Pai & Sharma در برنج گزارش شده است. افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز در تیمار با سالیسیلیک اسید در ذرت گزارش شده است (Pruthvi Krishna et al., 2023). تنش کادمیوم به طرز متفاوتی فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز، پراکسیداز و پلی فنل اکسیداز را تغییر داد (Kamalvand et al., 2022). شرایط تنش از جمله تنش کادمیوم سبب عدم تعادل یونی میشود که تولید گونه های اکسیژن فعال (ROS) را تحریک میکند و منجر به اختلال در غشای سلول و اندامک میشود که فعالیت متابولیکی سلول را از طریق تغییر سیگنالینگ مولکولی، تنظیم اسمزی و تولید متابولیت های ثانویه تغییر میدهد. سیستم دفاعی گیاه از طریق پاسخ آنتی اکسیدانی، که از اجزای آنتی اکسیدانی (آنزیمی و غیر آنزیمی) تشکیل شده است، برای مقابله با ROS تولید میشود و اثرات مخرب ROS را خنثی میکند (Ullah et al., 2019). Dawuda, et al (2020) در گیاه کاهو نشان دادند 100 میلی مولار CdCl2 هر دو فعالیت پراکسیداز و پلی فنلاکسیداز در ریشه و برگ گیاهان را افزایش داد. افزایش فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانی در گیاه یونجه تحت تنش کادمیوم گزارش شده است (Pakbaz et al., 2023). پیشتیمار نمودن بذور کینوا با سالیسیلیک اسید موجب شد تا فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز را افزایش داد که با نتایج Kwon, et al (2023) در گیاه مریم گلی مطابقت داشت. (2023) Pai & Sharma در برنج افزایش فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز تحت تنش گزارش کردند. پژوهشهای مختلف نشان دادهاند تیمار SA اگزوژن سبب افزایش فعال شدن آنزیمهای آنتیاکسیدانی میشود (Brahimova et al., 2021; Golkar et al., 2019).
نتیجهگیری کلی
نتایج پژوهش حاضر نشان داد با افزایش شدت تنش کادمیوم، صفات درصد جوانهزنی، سرعت جوانهزنی، میانگین درصد جوانهزنی، طول و وزن خشک گیاهچه کاهش و میانگین مدت جوانهزنی، زمان تا 90 درصد جوانهزنی، فعالیت آنزیمهای کاتالاز، پراکسیداز و پلی فنل اکسیداز افزایش یافت. تنش کادمیوم سبب عدم تعادل یونی میشود که باعث تحریک تولید گونههای اکسیژن فعال (ROS) و منجر به اختلال در غشای سلولی، تنظیم اسمزی و تولید متابولیت های ثانویه میشود. با توجه به تأثیر منفی این تنش بر جوانهزنی و رشد گیاهچههای بهدست آمده، پیشتیمار نمودن بذرهای کینوا با سالیسیلیک اسید از طریق کوتاه کردن مدت زمان لازم جوانهزنی سبب میشود تا در شرایط بدون تنش و تنش کادمیوم بذرهای پیشتیمار شده نسبت به بذرهای شاهد سریعتر جوانهزده و با کاهش میانگین مدت جوانهزنی و زمان تا 90 درصد جوانهزنی از طریق افزایش سرعت جذب آب، ترمیم و آماده سازی ساختار و آنزیمهای بذر و ضعیف پوسته بذری ازآسیبهای کادمیوم کاسته و فرآیند جوانهزنی را در برابر سمیت این فلز سنگین محافظت کند. با افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان طی جوانهزنی سبب بهبود شرایط جوانهزنی و رشد اولیه میشود به عبارتی انجام پیشتیمار بذر با سالیسیلیک اسید در غلظت 5/2 میلیمولار و در سطوح مختلف تنش کادمیوم از راه افزایش توان بذر و گیاهچه و فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانی از تأثیر منفی تنش کادمیوم میکاهد و موجب بهبود ویژگیهای جوانهزنی و رشد گیاهچهها میشود.
سپاسگزاری
بدین وسیله نویسندگان این مقاله برخود لازم میدانند که ازتمامی افرادی که در اجرای پژوهش همکاری داشتند کمال تشکر و قدردانی را نمایند.
)