نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
2 مؤسسۀ تحقیقات و آموزش توسعۀ نیشکر و صنایع جانبی خوزستان، اهواز، ایران
3 گروه علوم گیاهی، دانشکدۀ علوم محیطی و کشاورزی، دانشگاه مک گیل، مونترال، کانادا
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
To study the effects of foliar application of salicylic acid on antioxidant enzyme activities and hydrogen peroxide production in safflower, a field experiment was conducted in a split-plot factorial randomized complete block design with three replications in 2019. Main plots consisted of two sowing dates: 11 December and 21 January, and subplots consisted of a factorial arrangement of different concentrations of salicylic acid (0 and 400 μm), and safflower cultivars (Parnian and Faraman). The results showed that heat stress at late sowing dates significantly increased hydrogen peroxide concentration, with higher values observed in the Parnian than the Faraman cultivar. Total antioxidant capacity in Parnian and Faraman increased following foliar application of salicylic acid, especially at 400 μm (36.7% and 46.5%, respectively). The highest catalase, ascorbate-peroxidase, and superoxide dismutase activity (346.5, 45.9, and 141.5 mg protein.min-1, respectively) was observed in Faraman at a 400 μm salicylic acid level. In addition, heat stress increased polyphenol oxidase activity in both foliar application treatments, and Faraman showed higher activity than Parnian. The highest lipoxygenase activity was observed under heat stress, without salicylic acid application, in Parnian (65.7 mg protein.min-1). The highest phenylalanine ammonia-lyase activity was observed in Faraman under heat stress and at a 400 μm salicylic acid level (116.5 mg of protein.min-1). Exogenous application of salicylic acid could modulate the adverse effects of heat stress by improving biochemical properties and resulted in heat tolerance in both cultivars when compared with the control.
Introduction
Safflower is an oilseed crop mainly cultivated for purposes relating to household and industrial consumption. Global warming and climate change pose serious threats to agriculture and food security. Extreme weather events resulting from climate change have reduced crop production and productivity worldwide. High temperatures are affecting crop productivity, potentially compromising food security. Plants possess various defence mechanisms to cope with environmental challenges, and high temperatures pose a significant threat due to global warming. Delays in sowing date are known to accelerate crop development and shorten the growing season, increasing the distance the plant is from suitable growing conditions and exposing it to high temperatures during reproductive growth. Salicylic acid is critical for controlling plant growth and development, interactions with other plant hormones, and responses to environmental stress. Salicylic acid plays a role in plant defence systems against various biotic and abiotic stresses and may also help plants cope with high temperatures. Exogenous salicylic acid application alters hydrogen peroxide production and increases antioxidant system activity under high temperatures. Hence, the current study aimed to evaluate the effect of foliar salicylic acid application on antioxidant enzyme activities and hydrogen peroxide production in safflower under terminal heat stress.
Materials and Methods
To evaluate the foliar application of salicylic acid on the antioxidant enzyme system and hydrogen peroxide production in safflower, a field experiment was carried out in a split-plot factorial randomized complete block design with three replications at Shahid Chamran University of Ahvaz in 2019, main plots consisted of two sowing dates: 11th December and 21st January (Normal and late sowing dates, respectively), and the plot consisted of a factorial arrangement of different concentrations of salicylic acid (0 and 400 μm), and safflower cultivars (Parnian as a heat-sensitive and Faraman as a heat-tolerant cultivar). The soil texture in the topsoil at the study site was sandy-loam. Electrical conductivity of the topsoil was 4.8 dS.m-1, and pH was 7.6. On 21 January, as a late sowing date, the flowering and grain-filling periods were exposed to severe heat stress at the end of the growing season. Hormonal treatments were applied at the rosette and beginning of flowering elongation (stage 30-31 and 60-61 of the BBCH scale, respectively). Plants were watered with sufficient water (80% field capacity) until the end of the experiment. Weeds were removed by hand every two weeks during the growing season. Data on hydrogen peroxide concentration, catalase activity, ascorbate peroxidase, superoxide dismutase, glutathione reductase, guaiacol peroxidase, polyphenol oxidase, lipoxygenases, phenylalanine ammonia lyase, and DPPH were recorded.
Results and Discussion
The results showed that terminal heat stress caused by late sowing dates significantly increased hydrogen peroxide concentration. The higher values observed in the Parnian cultivar (0.0200 μm.gfw-1) than in the Faraman cultivar (0.0095 μm.gfw-1). Total antioxidant capacity in Parnian and Faraman increased following foliar application of salicylic acid, especially at 400 μm (36.7% and 46.5%, respectively), compared with the control. The highest catalase, ascorbate-peroxidase, and superoxide dismutase activity (346.5, 45.9, and 141.5 mg protein.min-1, respectively) was observed in Faraman at a 400 μm salicylic acid level. In addition, heat stress increased polyphenol oxidase activity in both foliar application treatments (69.2% and 24.2%, respectively) compared with the control, and Faraman showed higher enzyme activity than Parnian. The highest lipoxygenase activity was observed under heat stress, without salicylic acid application, in Parnian (65.7 mg protein.min-1). The highest phenylalanine ammonia-lyase activity was observed in Faraman under heat stress and at a 400 μm salicylic acid level (116.5 mg of protein.min-1).
Conclusion
In this study, safflower cultivars showed changes in antioxidant enzyme activities and hydrogen peroxide production under high-temperature conditions. Hence, we focused on the foliar application of salicylic acid and its effects on the antioxidant activity of safflower cultivars under heat stress to highlight the role of salicylic acid in heat stress response and its potential to increase heat stress tolerance in safflower. We found that safflower cultivars vary widely in hydrogen peroxide production and antioxidant enzyme activities. The results of this experiment showed that heat stress increased hydrogen peroxide accumulation. To overcome these conditions, exogenous application of salicylic acid could modulate the adverse effects of heat stress by improving antioxidant capacity and resulting in high-temperature tolerance in both safflower cultivars in tropical regions such as Khuzestan.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
رشد و نمو گیاه اغلب تحت تأثیر تنشهای غیرزیستی قرار میگیرد. عوامل محیطی مانند دمای بالا یا پائین، خشکی و شوری سبب ایجاد تنش اکسیداتیو در گیاهان میشوند که به نوبه خود توسط تولید گونههای اکسیژن واکنشگر بر عملکردهای زیستی متعدد گیاهان تأثیرگذار است. گسترش کشت و کار گیاهان متحمل به شرایط نامساعد محیطی میتواند یکی از راهکارهای مهم مدیریتی جهت بهبود شرایط اقتصادی و اجتماعی باشد. در واقع آنچه در انتخاب گیاهان زراعی جهت کشت در یک منطقه اهمیت دارد، سازگاری آنها با شرایط محیطی است (Liu et al., 2005). گلرنگ با نام علمی Carthamus tinctorius L.، یک گیاه دانه روغنی یکساله با سازگاری بالا با زمینهای دیم و فاریاب است. این گیاه نسبت به تنشهای غیرزیستی تحمل متوسطی دارد، امّا در صورت قرار گرفتن در معرض تنشهای بالاتر از آستانه تحمل ممکن است به شدت آسیب ببیند (Salehi et al., 2023). در مناطق دارای آب و هوای مدیترانهای مانند جنوب غرب ایران، تنش گرمایی آخر فصل در طول دورۀ گلدهی و پر شدن دانه یک محدودیت مهم برای بهرهوری محصولات زمستانه از جمله گلرنگ است (Salehi et al., 2019; Salehi et al., 2023). تحمل به سرما و گرما در گلرنگ به رقم و مرحلۀ رشدی بستگی دارد. تأخیر در کاشت، سبب میشود دورۀ گلدهی گیاه زراعی با آغاز گرمای پایان فصل بهار روبرو شده و نمو دانهها با خشکی و گرمای پایان دوره منطبق شود و این امر موجب کوتاه شدن فصل رشد شده و رسیدگی و پرشدن دانهها به طور مناسب صورت نگیرد (Goodarzian et al., 2020; Rahnama et al., 2024). بررسی تأثیر تنشهای محیطی از جمله گرما به عنوان یکی از عوامل مهم کاهش کمیت و کیفیت تولید دانههای روغنی و نقش هورمونهای تعدیلکننده آثار منفی این گونه تنشها و نیز بهبود کمیت و کیفیت محصول تولیدی میتواند گام مؤثری در جهت بهبود و توسعۀ گیاهان دانه روغنی از جمله گلرنگ در شرایط نامطلوب محیطی محسوب شود.
پژوهشها نشان داده است که تنش گرما در هر مرحله از چرخۀ زندگی گیاه به علّت اثر بر فرآیندهای متابولیکی سبب کاهش عملکرد میشود (Wang et al., 2018; Attar Roshan et al., 2024). علاوه بر دهیدراته شدن بافت گیاه، تنش گرما ممکن است منجر به ایجاد تنش اکسیداتیو شود. به عنوان مثال، تولید و واکنش گونههای اکسیژن واکنشگر نشانههایی از صدمات سلولی حاصل از درجه حرارتهای بالا است (Zhou et al., 2019). گونههای اکسیژن واکنشگر موجب پراکسید شدن کاتالیکی خودبخودی لیپیدهای غشاء و رنگدانهها میشود و همین امر موجب کاهش نفوذپذیری نسبی غشاء و تغییر فعالیت آنها میشود. در بررسی اثر تنش گرما بر آفتابگردان مشاهده شد که تنش گرما سبب افزایش معنیدار محتوی مالون دی آلدئید و نشت یونی نسبت به تیمار شاهد شد (Sheikh Mamo et al., 2023). درپژوهشی گزارش شد تنش گرما سبب افزایش محتوی پراکسیدهیدروژن و در نهایت افزایش پراکسیداسیون لیپیدی شد که این موضوع در ارقام متحمل به گرمای گلرنگ، به واسطۀ افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان شدت کمتری داشت (Salehi et al., 2023). افزایش فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز، واکنشهای پراکسیداسیون لیپیدها را کاتالیز میکند (Singleton & Rossi, 2015). از سوی دیگر، مشخص شده است که فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز در پاسخ به تنش افزایش مییابد و سالیسیلیک اسید به عنوان یک محرک طبیعی سبب سنتز آنزیمهای دفاعی گیاه از قبیل لیپوکسیژناز (آنزیم اصلی مسیر بیوسنتزی اسیدجاسمونیک) میشود (Liu et al., 2013).
همچنین شواهدی وجود دارد که نشاندهنده این است اسیدسالیسیلیک به عنوان مولکول پیامرسان فعالیت میکند و به عنوان یک گروه از انتقالدهندگان مهم پیام در دفاع از گیاه در برابر عوامل زیستی و غیرزیستی شناخته میشود (Memelink, 2009). این مولکول پیامرسان در برخی از مسیرهای انتقال پیام که القاکنندۀ آنزیمهای خاص کاتالیزکنندۀ واکنشهای بیوسنتزی برای تشکیل ترکیبهای دفاعی مثل پلیفنلها، آلکالوئیدها یا پروتئینهای مربوط به پاتوژن هستند، دخالت میکنند و منجر به القای واکنشهای دفاعی میشوند .یافتههای متعددی مبتنی بر تأثیر مثبت اسیدسالیسیلیک بر عملکرد گیاه توسط تنظیم فرایندهای فیزیولوژیکی و بهبود روابط منبع و مخزن (Kaur et al., 2019)، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان (Liu et al., 2013) و ویژگیهای ریختشناسی گیاه (Hossini et al., 2024) ارائه شده است. افزایش رنگیزههای فتوسنتزی، پرولین، قندها و کاهش پراکسیداسیون لیپیدی غشاء نشاندهنده کاهش خسارت اکسیداتیو و نقش اسیدسالیسیلیک در افزایش تحمل در برابر تنش است (Mohamed et al., 2020). در این پژوهش، تأثیر محلولپاشی سالیسیلیک اسید به عنوان عامل کاهنـدۀ اثـرات زیـانبـار تنشهای محیطی از جمله تنش گرما، بر بهبود برخی فاکتورهای بیوشیمیایی از جمله سیستم آنزیمهای آنتیاکسیدان در شرایط مواجهۀ گیاه گلرنگ با تنش گرما مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها
پژوهش حاضر با هدف بررسی امکان کاهش خسارت ناشی از تنش گرمای آخر فصل با محلولپاشی سالیسیلیک اسید در گلرنگ زراعی در سال زراعی 98-1397 در مزرعة آموزشی- پژوهشی دانشگاه شهید چمران اهواز بهصورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. دو تاریخ کاشت 20 آذرماه و 30 دی ماه (به ترتیب به عنوان تاریخ کاشت بههنگام و دیرهنگام) درکرتهای اصلی و محلولپاشی غلظتهای هورمون اسیدسالسیلیک (صفر و 400 میکرومولار) و دو رقم گلرنگ زراعی (پرنیان به عنوان رقم حساس و فرامان به عنوان رقم متحمل به گرما) بهصورت فاکتوریل به عنوان عاملهای فرعی در نظرگرفته شدند. تاریخ کاشت بههنگام به عنوان تاریخ کاشت مناسب منطقه و تاریخ کاشت دیر هنگام جهت اعمال تیمـار تـنش گرمـای انتهـای فصـل شدید در مرحلۀ لقاح و پرشدن دانه در نظر گرفته شد. بذور ارقام مورد بررسی از مؤسسة تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه شد. پیش از شروع آزمایش، بهصورت تصادفی و از عمق 0-20 و 20-40 سانتیمتری محل آزمایش، نمونه خاک تهیه و تجزیۀ فیزیکی و شیمیایی آن انجام شد (جدول 1). برخی از اطلاعات آب و هوایی محل اجرای پژوهش در دورۀ زمانی کاشت تـا رسیدگی فیزیولوژیک در جدول (2) نشان داده شده است.
|
|
||||||||
|
جدول 1- نتایج فیزیکی و شیمیایی نمونۀ خاک Table 1- The results of physical and chemical analysis of soil |
||||||||
|
Soil depth (cm) |
Soil texture |
EC (dSm1) |
pH |
Wilting point (%) |
Field capacity (%) |
P (mg kg-1) |
K (mg kg-1) |
Organic matter (%) |
|
0-20 |
Silty loam |
4.8 |
7.6 |
7.6 |
22.1 |
8.3 |
169.1 |
0.65 |
|
20-40 |
5 |
8.6 |
8.1 |
20.1 |
10.5 |
164.2 |
0.41 |
|
|
جدول 2- میانگین درجه حرارت و بارندگی ماهانه در طول دورۀ رشد سال زراعی 1398- 1397 Table 2- The mean monthly temperature and precipitation during growing season in 2018-19
|
|||||||
|
June |
May |
April |
March |
February |
January |
December |
Month |
|
45.2 |
33.1 |
31.3 |
24.4 |
17.8 |
18.5 |
25.3 |
Maximum Temperature (0C) |
|
29.4 |
21.1 |
15.1 |
11.2 |
7.1 |
5.8 |
13.2 |
Minimum temperature (0C) |
|
0 |
9 |
8 |
12 |
23 |
68 |
35 |
Rainfall (mm) |
براساس نتایج آزمون خاک مزرعه، 120 کیلوگرم کود نیتروژن در هکتار (60 کیلوگرم در زمان کاشت و 60 کیلوگرم در دو مرحلة روزت و آغاز گلدهی) از منبع اوره، 85 کیلوگرم کود فسفر در هکتار از منبع سوپرفسفات تریپل و 25 کیلوگرم پتاسیم در هکتار از منبع سولفات پتاسیم، قبل از کاشت استفاده شد. کرتهای آزمایشی شامل 10 خط کاشت 5/2 متری با فواصل 50 سانتیمتر بین ردیفها و فاصلۀ 15 سانتیمتر روی ردیف در نظر گرفته شد. بذور پس از ضدعفونی با قارچکش گرانوزان بهصورت تناوبی در دو طرف پشته و در محل داغآب در تاریخ کاشتهای مورد نظر کشت شدند. همچنین آبیاری بهصورت کرتی انجام شد. آبیاری اول بلافاصله پس از کاشت، و آبیاریهای بعدی پس از رسیدن مقادیر رطوبت خاک به حدود 80 درصد ظرفیت زراعی انجام شد و تا پایان فصل رشد ادامه یافت. برای تعیین ظرفیت زراعی و پژمردگی دائم ابتدا نمونههای اشباع خاک توسط صفحات فشاری در مکشهای 3/0- و 15- بار قرار گرفت و درصد رطوبت وزنی خاک در هر دو مکش تعیین شد. درصد رطوبت حجمی خاک در هر مکش با توجه به وزن مخصوص ظاهری خاک تعیین و آب قابل استفاده خاک بین این دو نقطه محاسبه شد. درصد رطوبت حجمی خاک روزانه توسط دستگاه رطوبتسنج (TDR) (ProCheck, Decagon Devices, USA) اندازهگیری شد و آبیاری با رسیدن رطوبت خاک در ناحیة ریشه به 80 درصد آب قابلاستفاده اعمال شد. سـطوح تیماری سالیسیلیک اسید در دو نوبت پس از خروج از مرحلۀ روزت (مرحلة 31-30 بر اساس مقیاس BBCH) و ابتدای دورة گلدهی (مرحلة 61-60 بر اساس مقیاس BBCH) براساس محاسبه هزار لیتر برای یک هکتار و نیاز محلولپاشی هر کرت آزمایشی با میانگین یک لیتر بهصورت محلولپاشی اعمال شد.
جهت نمونهبرداری کلیه صفات بیوشیمیایی در تمامی تیمارهای تاریخ کاشت، اندازهگیری و نمونهبرداریهای تخریبی به صورت تصادفی از جوانترین برگ توسعه یافتۀ سه بوته در هر کرت در آغاز مرحلۀ پرشدن دانه (مرحلة 73-70 بر اساس مقیاس BBCH) انجام شد. نمونهها پس از برداشت در داخل فویل پیچیده و در نیتروژن مایع تثبیت شد و بلافاصله به فریزر70- درجه سانتیگراد منتقل شدند.
استخراج پروتئین کل و سنجش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان با اعمال تغییرات جزئی به صورت زیر انجام شد. تمامی مراحل استخراج در دمای 1±5 درجه سانتیگراد در داخل یخ انجام شد. پس از قرار دادن نمونهها در داخل هاون چینی مقداری ازت مایع روی آنها ریخته شده و پس از سائیده شدن نمونهها در هاون به حالت پودر درآمد. 25/0 گرم از پودر حاصل پس از توزین به فالکونها منتقل، سپس به آن 5/2 میلیلیتر بافر استخراج افزوده شد. پس از 2 دقیقه ورتکس پودر نمونهها و بافر استخراج، نمونهها به مدت 20 دقیقه و در دمای 4 درجه سانتیگراد با دور g ×13000 سانتریفیوژ شدند. در نهایت سوپرناتانت به دست آمده در داخل لولههای جداگانه 5/1 میلیلیتری ریخته شده و داخل نیتروژن مایع فریز شدند. استخراج همه نمونهها در مدت کوتاهی انجام و همواره از بافر تازه استفاده شد. نمونههای پروتئینی استخراجی جهت ارزیابی فعالیتهای آنزیمی در ویالهای جداگانه نگهداری شدند. از عصاره به دست آمده برای خواندن مقدار پروتئین کل و سنجش کمی فعالیت آنزیمهای کاتالاز، گایاکولپراکسیداز، آسکورباتپراکسیداز، گلوتاتیونردوکتاز، سوپر اکسیددیسموتاز، لیپوکسیژناز و پلیفنل اکسیداز استفاده شد. در ادامه سنجش فعالیت آنزیمهای کاتالاز و گایاکولپراکسیداز در دمای 25 درجه سانتیگراد به روش چنس و مهلی (Chance & Maehly, 1955)، فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز توسط روش (Ranieri, et al (2003)، فعالیت سوپراکسید دیسموتاز بر اساس روش (Dhindsa et al. (1981، فعالیت آنزیم پلیفنل اکسیداز توسط روش (Kar & Mishra, (1976، فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز توسط روش (Bonnet & Crouzet, (1977 و سنجش آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز بر اساس روش (Cindi et al. (2016 انجام شد.
برای محاسبۀ ظرفیت آنتیاکسیدانی کل، میزان مهار رادیکـالهـای آزاد DPPH(دیفنیل پیکریل هیدرازیل)، توسط دستگاه اسپکتوفتومتر و رابطۀ (1) محاسبه شد:
|
= درصد DPPH درصد جذب شاهد × (درصد جذب نمونه - درصد جذب شاهد) |
اعداد به دست آمده برابر با درصد مهار رادیکالهای آزاد در عصارۀ متانولی (ppm 1/0) نمونهها است. غلظت پراکسید هیدروژن بر اساس واکنش پراکسید هیدروژن با یدور پتاسیم (KI) و توسط دستگاه اسپکتروفتومتر (Unico, Model uv-2100, USA) در طول موج 390 نانومتر به روش (Alexieva et al. (2001 اندازهگیری شد. همچنین تجزیه و تحلیل آماری دادهها توسط نرمافزار آماری SAS نسخۀ 1/9 و مقایسه میانگینها توسط آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد انجام شد.
نتایج و بحث
غلظت پراکسیدهیدروژن
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که برهمکنش تاریخ کاشت×رقم بر غلظت پراکسید هیدروژن در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود (جدول 3). با توجه به نتایج مقایسه میانگینها، تنش گرمای ناشی از کاشت دیر هنگام سبب افزایش غلظت پراکسید هیدروژن شد. در شرایط دمایی مطلوب تفاوت محسوسی بین ارقام مشاهده نشد، در حالی که در شرایط تنش گرما تفاوتهای معنیدار آماری مشاهده شد (شکل 1). بیشترین غلظت پراکسید هیدروژن در رقم پرنیان در کشت دیرهنگام (با میانگین 0200/0 میکرومول بر گرم وزنتر) و کمترین مقدار در هر دو رقم پرنیان و فرامان (با میانگین 0033/0 میکرومول بر گرم وزنتر) بدون وجود تفاوت معنیدار در شرایط مطلوب دمایی کاشت به هنگام مشاهده شد (شکل 1).
|
جدول 3- میانگین مربعات اثرات سالیسیلیک اسید بر فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان وغلظت پراکسیدهیدروژن ارقام گلرنگ در شرایط تنش گرما Table 3- Mean squares of effects of salicylic acid on antioxidant enzyme activity and hydrogen peroxide concentration in safflower cultivars under heat stress |
|||||||||||||
|
Means of squares (MS)
|
|
|
|||||||||||
|
DPPH |
Glutathione reductase activity |
Phenylalanine ammonia lyase activity |
Lipoxygenases activity |
Polyphenol oxidase activity |
Superoxide dismutase activity |
Ascorbat peroxidase activity |
Guaiacol peroxidase |
Catalase activity |
Hydrogen peroxide |
Df |
S.O.V. |
||
|
4. 46 ns |
2. 55 ns |
35. 13 ns |
2. 12ns |
0.00125 ns |
27. 8 ns |
0.28 ns |
0.53 ns |
2.94 ns |
0.0000024 ns |
2 |
Block |
||
|
5345* |
451** |
6644** |
3737** |
0.3012 ns |
2251** |
402** |
77201** |
8123* |
0.000792** |
1 |
Sowing date (A) |
||
|
99.1 |
2.15 |
35.6 |
1.84 |
0.00165 |
19.8 |
2.23 |
279.4 |
310.9 |
0.0000007 |
2 |
Ea |
||
|
99.1ns |
134.9 ** |
116.1 ns |
1002 ** |
0.00022 ns |
4892 ** |
1431 ** |
7916 ** |
13323 ** |
0.0000057 ns |
1 |
Hormone (B) |
||
|
2.66 ns |
370 ** |
829 ** |
539 ** |
0.002813** |
10243 ** |
10.4 ns |
1122* |
81679** |
0.000165** |
1 |
Cultivar (C) |
||
|
833 ** |
22 ns |
938 ** |
196.5 ** |
0.00470 ** |
389.1 * |
245.3 ** |
41.1 ns |
151.7 ns |
0.000002 ns |
1 |
A ×B |
||
|
5.31 ns |
81.4 ** |
928 ** |
623 ** |
0.000009ns |
863.2 ** |
6.03 ns |
1394* |
9305** |
0.000166** |
1 |
A ×C |
||
|
338 ** |
5.76 ns |
1344 ** |
209.9 ** |
0.00007 ns |
989 ** |
32.3 * |
305 ns |
4671 ** |
0.0000058 ns |
1 |
B×C |
||
|
204.4 * |
38.4 * |
239.8 * |
188.3 ** |
0.000027ns |
261.5 * |
332.4 ** |
3150 ** |
6889 ** |
0.0000016 ns |
1 |
A ×B×C |
||
|
40.4 |
5.57 |
45.7 |
10.5 |
0.00043 |
43.2 |
5.25 |
196.3 |
294.4 |
0.0000029 |
12 |
Eb |
||
|
11.65 |
11.97 |
8.08 |
11.47 |
10.62 |
8.52 |
9.24 |
6.99 |
8.69 |
18.84 |
- |
C.V (%) |
||
|
ns: فاقد تفاوت آماری معنی دار، * و ** به ترتیب معنی دار در سطح 5 و 1 درصد ns: not significant; *and ** significant at 5% and 1% probability levels, respectively |
|||||||||||||
شکل 1- مقایسه میانگین غلظت پراکسیدهیدروژن گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 1- Mean comparison for hydrogen peroxide concentration of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
پراکسید هیدروژن در گیاهان، میتواند نقشی دوگانه داشته باشد، بهطوری که در غلظتهای پائین بهعنوان یک پیامرسان حد واسط جهت تولید سالسیلیک اسید و اتیلن عمل میکند و سبب تطابق بیشتر با شرایط تنشزا میشود، امّا در غلظتهای بالا منجر به تخریب بافت و در نهایت مرگ گیاه میشود. به عبارت دیگر، پراکسید هیدروژن میتواند به عنوان یک عامل دفاعی در برابر تنشهای غیر زیستی وتنش اکسیداتیو عمل نماید و سبب فعال شدن آنزیمهای اکسیدان و بعضی اکسیدانها نظیر گلوتاتیون میشود (Carvalho & Silveira, 2020). در پژوهشهاس قبلی نشان داده شده است که پراکسید هیدروژن در گیاهچههای گندم سبب بهبود محتوی آب نسبی و افزایش پایداری غشاء درجهت کاهش نشت یونی شده است (Wahid et al., 2007)، بنابراین عملکرد پیام رسانی پراکسید هیدروژن در رشد، توسعه و دفاع گیاهان در برابر تنشهای محیطی بسیار مهم است.
فعالیت آنزیم کاتالاز
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که بر همکنش تاریخ کشت×رقم و هورمون×رقم و همچنین بر همکنش سهگانه تاریخ کشت×هورمون×رقم از نظر فعالیت آنزیم کاتالاز تفاوت معنیداری نشان داد (جدول 3). نتایج نشان دادند حداکثر فعالیت آنزیم کاتالاز (346 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) در کشت دیر هنگام و تحت 400 میکرومولار محلولپاشی سالیسیلیک اسید در رقم فرامان مشاهده شد. همچنین حداقل فعالیت کاتالاز (112 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) در کشت به هنگام مربوط به رقم پرنیان در تیمار عدم محلولپاشی سالیسیلیک اسید بود. بهطور کلی، میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در رقم فرامان، تحت محلولپاشی سالیسیلیک اسید و در تیمار تنش گرمای ناشی از کاشت دیرهنگام بیشتر از سایر تیمارها (346 تغییرات جذب بر میلی گرم پروتئین بر دقیقه) بود (شکل 2).
شکل 2- مقایسه میانگین فعالیت کاتالاز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 2- Mean comparison for catalase activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
واکنش فعالیت کاتالاز نسبت به سالیسیلیک اسید در تاریخ کشت مطلوب و دیر هنگام در رقم پرنیان متفاوت و در رقم فرامان تقریباً یکسان بود. همچنین هم در شرایط مطلوب و هم در شرایط تنش گرما با محلولپاشی سالیسیلیک اسید فعالیت کاتالاز افزایش یافت. البته تحت تنش شدید گرما، این افزایش فعالیت بیشتر بود (شکل 2). بر اساس نتایج سایر پژوهشها، در این بررسی تنش گرما موجب تنش اکسیداتیو شد (Min et al., 2018; Salehi et al., 2023). همچنین سالیسیلیک اسید در هر دو تاریخ کاشت، منجر به افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز شد (شکل 2). اگرچه در گزارش هایی به کاهش فعالیت آنزیم کاتالاز در شرایط تنش گرما (Dat et al., 2009) و یا افزایش آن در شرایط تنش خشکی (Bazi Zlan et al., 2022) و تنش فلز سنگین کادمیوم (et al., 2024 Eydi Asl Shoshtari) اشاره شده است. به عنوان یک فرآیند خوپذیری به تنش، تیمار سالیسیلیک اسید در غلظت مناسب فعالیت کاتالاز را افزایش داده و به نوبه خود سطح پراکسیدهیدروژن را کاهش میدهد (Noreen et al., 2009).
فعالیت آنزیم گایاکولپراکسیداز
بر همکنش تاریخ کاشت×رقم و همچنین بر همکنش تاریخ کاشت×هورمون×رقم از نظر فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز تفاوت معنیداری داشت (جدول 3). با توجه به نتایج مشخص شد که تنش گرمای ناشی از کاشت دیر هنگام موجب کاهش فعالیت این آنزیم نسبت به شرایط مطلوب دمایی شد. همچنین در شرایط مطلوب دمایی و نیز تنش گرمای پایان فصل رشد محلولپاشی سالیسیلیک اسید موجب افزایش فعالیت آنزیم گایاکولپراکسیداز شد. حداکثر فعالیت این آنزیم (291 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) در شرایط کشت به هنگام و تحت 400 میکرومولار محلولپاشی سالیسیلیک اسید در رقم فرامان مشاهده شد. حداقل فعالیت نیز (105 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) در شرایط کشت دیر هنگام مربوط به رقم پرنیان در تیمار عدم محلولپاشی سالیسیلیک اسید بود. بهطور کلی میزان فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز در رقم فرامان، تحت محلولپاشی سالیسیلیک اسید و در کشت به هنگام بیشتر از سایر تیمارها بود (شکل 3).
شکل 3- مقایسه میانگین فعالیت گایاکول پراکسیداز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 3- Mean comparison for guaiacol peroxidase activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
در این پژوهش به نظر میرسد فعالیت این آنزیم تأثیری بر سازوکارهای تحمل به تنش گرما نداشته است. از سوی دیگر افزایش فعالیت آنزیم گایاکولپراکسیداز ناشی از کاربرد سالیسیلیک اسید نیز میتواند نشاندهندة نقش این ماده در القای واکنشهای آنتیاکسیدان باشد که موجب حفاظت از گیاه در برابر آسیبهای اکسیداتیو میشود. بر اساس یافتهها ثابت شده است که اثر کاربرد مواد خارجی نه تنها به نوع، نحوة استفاده و غلظت آن ماده بستگی دارد، بلکه به نوع ماهیت محصول زراعی و شدت تنش نیز بستگی دارد، همچنان که تأثیر سالیسیلیک اسید بر فعالیت آنزیم گایاکولپراکسیداز تحت شرایط تنش در آزمایشهای (El Dakak & Hassan, (2020 نیز گزارش شده است. افزایش فعالیت آنزیم های آنتیاکسیدان هم در شرایط تنش و هم در شرایط مساعد محیطی میتواند به عنوان شاخصی برای افزایش تولید رادیکالهای آزاد به عنوان پیامرسان ثانویه در نظر گرفته شود.
فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز
فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز تحت تأثیر برهمکنش تاریخ کاشت×هورمون و هورمون×رقم و همچنین برهمکنش تاریخ کاشت× هورمون×رقم قرار گرفت (جدول 3). نتایج حاکی از آن بود که با افزایش دما در کاشت دیر هنگام فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز به ویژه در شرایط کاربرد 400 میلیمولار سالیسیلیک اسید افزایش یافت و اختلاف معنیداری بین شرایط محلولپاشی سالیسیلیک اسید و عدم محلولپاشی در هر دو رقم مشاهده شد. با توجه به نتایج حاصل از برهمکنش تیمارهای مورد آزمایش، حداکثر میزان فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز در شرایط تنش گرما و کاربرد 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید در رقم فرامان (9/45 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) و حداقل میزان فعالیت این آنزیم در رقم پرنیان در شرایط عدم کاربرد سالیسیلیک اسید و تحت کاشت به هنگام (5/13 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) مشاهده شد. بهطور کلی در رقم فرامان فعالیت آسکورباتپراکسیداز بالاتر از رقم پرنیان بود (شکل 4).
شکل 4- مقایسه میانگین فعالیت آسکوربات پراکسیداز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 4- Mean comparison for ascorbat peroxidase activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
سازوکار دفاع آنتیاکسیدانی، بخشی از سازگاری به تنش گرما است و با تحمل دماهای بالا همبستگی مثبت دارد. فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز در ارتباط با ظهور آسیبهای فیزیولوژیک ناشی از تنشهای حرارتی است و کاهش فعالیت آن در بافتهای تحت تنش در سطوح بالای گونههای اکسیژن واکنشگر میتواند منجر به بروز آسیب شود (Wahid et al., 2007). (Kaya, et al (2021 و همچنین (Eydi Asl Shoshtari et al. (2024 افزایش فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز در اثر کاربرد سالیسیلیک اسید در شرایط تنش را تأیید کردند. با توجه به نتایج این پژوهش مشخص شد که سالیسیلیک اسید موجب القای فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز در شرایط تنش شدید گرما شد و این میزان بیشتر از گیاهان شاهد در کاشت به هنگام بود. عدم افزایش محسوس فعالیت آنزیم آسکورباتپراکسیداز در رقم پرنیان میتواند یکی از مهمترین عوامل حساسیت این رقم به تنش گرما به شمار آید. زیرا این آنزیم در چرخههای گلوتاتیون-آسکوربات و مهلر (Halliwell, 2009) فعالیت میکند که کاهش فعالیت آن به همراه کاهش کارایی چرخههای یاد شده نقش دارد.
فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز
کلیه بر همکنشها از نظر فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز تفاوت معنیداری داشتند (جدول 3). نتایج بر همکنش تیمارهای آزمایشی نشان داد که میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در تیمارهای محلولپاشی هورمون هم تحت شرایط مطلوب و هم تحت شرایط تنش شدید گرما بیشتر از شرایط عدم کاربرد سالیسیلیک اسید بود. در شرایط تنش گرما و نیز شرایط دمایی مطلوب حداکثر فعالیت سوپراکسید دیسموتاز (به ترتیب با میانگینهای 5/141 و 5/95 تغییرات جذب در میلیگرم پروتئین در دقیقه) به تیمار محلولپاشی 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید در رقم فرامان اختصاص یافت، همچنین حداقل فعالیت سوپراکسید دیسموتاز در شرایط تنش شدید گرما و نیز شرایط دمایی مطلوب (به ترتیب با میانگینهای 5/51 و 6/45 تغییرات جذب در میلیگرم پروتئین در دقیقه) تحت تیمار عدم محلولپاشی و در رقم پرنیان مشاهده شد (شکل 5).
شکل 5- مقایسه میانگین فعالیت سوپراکسید دیسموتاز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 5- Mean comparison for superoxide dismutase activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
از آنجا که سوپراکسید دیسموتاز اولین پاکسازیکنندة رادیکالهای آزاد در سلولهای گیاهی است، میتوان آن را جزو اولین سازوکارهای حساس و مؤثر در شرایط تنش شدید گرما بیان نمود (Zhao et al., 2018). همزمان با افزایش فعالیت این آنزیم در رقم متحمل به گرمای رقم فرامان، برخی از پژوهشگران نیز معتقدند که افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان سبب افزایش تحمل گیاهان به تنش دمایی میشود (Jahan et al., 2019). علت آن است که با افزایش فعالیت این آنزیمها بین تولید و پاکسازی انواع اکسیژن واکنشگر در سلولهای گیاهی، تعادل ایجاد شده و از شدت خسارت به مولکولهای زیستی و اختلالات متابولیسمی ذکر شده کاسته میشود. به این ترتیب، سلول در وضعیت مطلوبتری قرار گرفته، از وقوع تنش اکسیداتیو پیشگیری میشود. همچنین در پژوهش حاضر، در رقم پرنیان فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز بهطور معنیداری کمتر از رقم فرامان بوده است (شکل 5).
فعالیت آنزیم پلیفنولاکسیداز
فعالیت آنزیم پلیفنولاکسیداز تنها تحت تأثیر برهمکنش تاریخ کاشت×هورمون قرار گرفت (جدول 3). نتایج مقایسه میانگینها حاکی از آن بود که رقم پرنیان (با میانگین 184/0 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) میزان فعالیت آنزیم پلیفنولاکسیداز کمتری را نسبت به رقم فرامان (با میانگین 206/0 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) نشان داد. همچنین نتایج حاصل از مقایسه میانگینهای اثر تنش گرما در محلولپاشی سالیسیلیک اسید نشان داد که تنش گرما موجب افزایش فعالیت این آنزیم در هر دو سطح عدم کاربرد و کاربرد 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید (به ترتیب 2/69 و 2/24 درصد) نسبت به شاهد شد، هر چند در شرایط تنش شدید گرما بین سطوح محلولپاشی اختلاف معنیداری وجود نداشت (شکل 6).
شکل 6- مقایسه میانگین فعالیت پلیفنولاکسیداز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکراراست. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 6- Mean comparison for polyphenol oxidase activity activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
اگرچه که فعالیت پلیفنولاکسیداز در این آزمایش در تیمارهای متفاوت تاریخ کاشت نسبت به محلولپاشی سالیسیلیک اسید متفاوت بود، اما افزایش فعالیت این آنزیم در اثر محلولپاشی سالیسیلیک اسید بیانکننده این مساله است که سالیسیلیک اسید از نقش ویژهای در حفاظت گیاه در برابر آسیبهای اکسیداتیو برخوردار است. بنابراین مطابق با نتایج این پژوهش، کاربرد سالیسیلیک اسید میتواند یک راهبرد برای بهبود تحمل تنشهای غیرزیستی همانند تنش گرمای انتهای فصل رشد باشد (Mutlu et al., 2013). اگرچه افزایش غلظت محلولپاشی سالیسیلیک اسید در شرایط تنش گرمای ناشی از کاشت دیرهنگام موجب کاهش فعالیت آنزیم پلیفنولاکسیداز شد (شکل 6). در آزمایشهای مختلف نیز به نقش سالیسیلیک اسید در افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان اشاره شده است. آنزیم پلیفنولاکسیداز در گیاهان تحت تنش سبب اکسیدشدن ترکیبات فنولی میشود که در حساسیت گیاهان به تنش نقش مهمی ایفا میکند. این آنزیم قادر است ترکیبات فنلی را به اورتوکینون، اکسید کند (Amiot et al., 2012).
فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز
براساس نتایج تجزیه واریانس، کلیه برهمکنشها از نظر فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز در سطح احتمال یک درصد تفاوت معنیداری داشتند (جدول 3). آنزیم لیپوکسیژناز یک گروه از آنزیمهای حاوی آهن است که اکسیژناسیون اسیدهای چرب غیراشباع را کاتالیز میکند.با توجه به نتایج حاصل از مقایسه میانگینهای تیمارهای مورد بررسی مشخص شد که محلولپاشی سالیسیلیک اسید موجب افزایش میزان فعالیت این آنزیم در هر دو رقم و هر دو شرایط تنش گرما و شرایط مساعد محیطی شد. از سوی دیگر، در رقم پرنیان و فرامان کاربرد 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید موجب افزایش فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز به ترتیب به میزان 9/63 و 9/53 درصد در شرایط مساعد محیطی (شاهد) و 7/84 و 01/26 درصد در شرایط تنش شدید گرما نسبت به تیمار عدم کاربرد سالیسیلیک اسید شد. همچنین یافتهها نشان دادند بالاترین میزان فعالیت این آنزیم در شرایط تنش شدید گرما تحت تیمار عدم کاربرد سالیسیلیک اسید در رقم پرنیان (76/65 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) و پائینترین میزان فعالیت آن در شرایط شاهد تنش گرما و تحت تیمار عدم کاربرد سالیسیلیک اسید در هر دو رقم مورد بررسی (به ترتیب در ارقام پرنیان و فرامان با میانگینهای 8/11 و 8/12 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه بدون اختلاف معنیدار نسبت به هم) مشاهده شد (شکل 7).
شکل 7- مقایسه میانگین فعالیت لیپوکسیژناز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 7- Mean comparison for lipoxygenase activity activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
آنزیم لیپوکسیژناز، نقش آشکاری در طی جوانهزنی داشته که منجر به اکسیداسیون لیپیدهای ذخیرهای و شروع مصرف لیپیدها به عنوان منبع انرژی و کربن جهت رشد دانه میشوند (Babar Ali et al., 2005). از این رو میتوانند اثر مهمی بر روی کیفیت تغذیهای و ارزش غذایی گیاهان به عنوان غذا داشته باشند و فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز تحت تنش افزایش مییابد. سطوح بالای نشت یونی همراه با میزان بالای فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز و میزان تجمع مالوندیآلدئید نشاندهندة این واقعیت است که رقم حساس پرنیان تحت تنش گرما کمترین میزان انسجام غشایی را دارا است. تحت شرایط تنش، میزان گونههای اکسیژن واکنشگر و میزان فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز افزایش مییابد که سبب افزایش نفوذپذیری غشای سلول و در نتیجه افزایش نشت یونی از سلول به خارج میشود (Chen et al., 2021).
فعالیت آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که از نظر فعالیت آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز، برهمکنش تاریخ کاشت× هورمون، و تاریخ کاشت×رقم و هورمون×رقم و همچنین اثرات سهگانه تاریخ کاشت×هورمون×رقم اختلاف آماری معنیداری نشان دادند (جدول 3). کاربرد سالیسیلیک اسید در شرایط تنش گرما سبب افزایش فعالیت آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز در هر دو رقم مورد بررسی شد، در حالی که در شرایط کاشت به هنگام (شاهد تنش گرما) نتایج متفاوتی به ویژه در رقم فرامان مشاهده شد. بیشترین میزان فعالیت این آنزیم مربوط به رقم فرامان در شرایط کاشت دیر هنگام و محلولپاشی 400 میکرومولار اسید سالیسیلیک (با میانگین 5/116 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) بود و کمترین میزان آن در شرایط کاشت به هنگام و محلولپاشی 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید در رقم فرامان (با میانگین 01/59 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) ثبت شد که البته تفاوت معنیداری با تیمار کاشت به هنگام و عدم محلولپاشی سالیسیلیک اسید در رقم پرنیان (با میانگین 8/60 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) نداشت (شکل 8).
شکل 8- مقایسه میانگین فعالیت فنیلآلانینآمونیالیاز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 8- Mean comparison for phenylalanine ammonia-lyase activity activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
افزایش فعالیت آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز موجب افزایش متابولیتهای مسیر فنیلپروپانوئید مانند فنولها، فلاونوئیدها و لیگنین میشود که در سیستم دفاعی گیاه نقش مهمی دارند. آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز آنزیمی کلیدی در تشکیل ترکیبات فنولی به عنوان یکی از راهبردهای دفاعی غیرآنزیمی در گیاهان محسوب می شود و به عنوان یکی از شاخصهای حساس به تغییرات محیطی و همچنین یکی از نشانگرهای زیست شیمیایی دفاعی گیاه در برابر تنشهای محیطی مطرح است (Kliebenstein, 2004). ترکیبات فنولی دارای خاصیت آنتیاکسیدانی هستند که با جمعآوری و احیای گونههای اکسیژن واکنشگر از اکسیداسیون مولکولهای حیاتی سلول جلوگیری کرده و مانع از بروز تنش اکسیداتیو در سلولهای گیاه میشوند (Rice-Evans,1997). رقم فرامان در شرایط تنش شدید گرما از یک سو، با افزایش شدیدتر فعالیت آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز و از سوی دیگر فعالیت پائینتر آنزیم گایاکولپراکسیداز موجب افزایش تجمع ترکیبات فنولی شده است. پژوهشگران دریافتند که یکی از آنزیمهای کلیدی در مسیر تولید ترکیبات فنیل پروپانوئیدی، فنیلآلانینآمونیالیاز بوده که بیوسنتز طیف وسیعی از ترکیبات فنلی را تنظیم میکند. آنها همچنین اظهار داشتند که تیمار اسید سالیسیلیک سبب افزایش بیان ژن فنیلآلانینآمونیالیاز میشود (Abdekhani et al., 2014). اسید سالیسیلیک سبب فعالیت بیشتر آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز میشود که این افزایش سبب مقاومت بیشتر گیاه به دماهای بالا میشود (Vogt, 2010). اسید سالیسیلیک با تأثیر بر آنزیم فنیلآلانینآمونیالیاز سبب فعالسازی مسیر فنیلپروپانوئیدی و افزایش تولید ترکیبات فنلی میشوند (Wang et al., 2009).
فعالیت آنزیم گلوتاتیونردوکتاز
از نظر فعالیت آنزیم گلوتاتیونردوکتاز، بر همکنش تاریخ کاشت×رقم و همچنین بر همکنش تاریخ کاشت×هورمون×رقم اختلاف آماری معنیداری نشان دادند (جدول 3). نتایج مقایسه میانگینها نشان داد که در شرایط کاشت دیر هنگام میزان فعالیت این آنزیم افزایش یافت و این افزایش در شرایط محلولپاشی 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید شدیدتر بود (شکل 9). در شرایط تنش گرمای ناشی از کاشت دیرهنگام رقم پرنیان در شرایط محلولپاشی با 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید بیشترین مقدار فعالیت آنزیم گلوتاتیونردوکتاز (با میانگین 4/31 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) را داشت. کمترین مقدار آن نیز در شرایط کاشت به هنگام و عدم کاربرد سالیسیلیک اسید در رقم فرامان (با میانگین 6/12 تغییرات جذب بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه) حاصل شد (شکل 9).
شکل 9- مقایسه میانگین فعالیت گلوتاتیون ردوکتاز گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 9- Mean comparison for glutathione reductase activity activity of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
گیاهان در مقابله با تنشهای محیطی، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان خود را افزایش میدهند که این امر سیستم دفاعی گیاه را تقویت میکند. یکی از این آنزیمهای دفاعی آنزیم گلوتاتیونردوکتاز است. نتایج پژوهشها نشان داد که فعالیت این آنزیم آنتیاکسیدان تحت تنش گرما افزایش یافت (Zongwen et al., 2005). پژوهشگران اظهار داشتند که بیان ژنهای گلوتاتیونردوکتاز واکنشی قوی به تنش غیرزیستی بوده و همچنین تحت تأثیر هورمونهای گیاهی مختلف از جمله سالیسیلیک اسید قرار گرفت (Kaya et al., 2020). همچنین نتایج نشان دادند سطح پراکسید هیدروژن توسط گلوتاتیون نیز تنظیم میشود که پس از کاربرد سالیسیلیک اسید مقادیر گلوتاتیون افزایش یافت (Banerjee & Roychoudhury, 2019).
ظرفیت آنتیاکسیدانی کل
از نظر ظرفیت آنتیاکسیدانی کل، بر همکنش تاریخ کاشت×هورمون و هورمون×رقم و همچنین بر همکنش تاریخ کاشت×هورمون×رقم اختلاف آماری معنیداری نشان دادند (جدول 3). تنش دمای بالا سبب افزایش معنیدار ظرفیت آنتیاکسیدانی کل نسبت به شرایط شاهد دمایی شد. شواهد فیزیولوژیک و ژنتیکی بهروشنی نشان میدهد که سیستم آنتیاکسیدان گیاه یک جزء مهم از سازوکارهای حفاظتی در برابر تنش است. آنزیم های آنتیاکسیدانی یک سیستم با کارایی بالا ایجاد میکنند که گونههای اکسیژن واکنشگر تولیدشده را غیرفعال میکنند و خسارات ناشی از آنها را کاهش میدهند. بنابر نتایج مقایسه میانگین، پائینترین میزان ظرفیت آنتیاکسیدان کل در هر دو رقم و هر دو تیمار کاربرد و عدم کاربرد سالیسیلیک اسید بدون اختلاف معنیدار نسبت به هم در شرایط مساعد محیطی (شاهد تنش گرما) حاصل شد. به بیان دیگر در شرایط دمایی مطلوب اختلاف محسوسی بین ارقام و شرایط محلولپاشی و عدم محلولپاشی سالیسیلیک اسید مشاهده نشد، در حالیکه افزایش دمای محیط منجر به افزایش ظرفیت آنتیاکسیدان کل به ترتیب در رقم پرنیان و فرامان به میزان 8/24 و 3/11 درصد در شرایط عدم کاربرد سالیسیلیک اسید و 7/36 و 5/46 درصد در شرایط کاربرد 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید نسبت به شرایط شاهد شد (شکل 10). تغییر در فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی یکی از راهبردهایی است که در گیاهان برای افزایش تحمل تنش رخ میدهد. گونههای گیاهی که به تنش مقاومتر هستند، مقدار آنتیاکسیدانهای آنزیمی آنها، تحت تنش، افزایش بیشتری یافته و از غشاء در مقابل صدمات ناشی از تنش محافظت میکند. آنزیمهای آنتیاکسیدان با سمزدایی گونههای اکسیژن واکنشگر در ایجاد مقاومت به تنش اکسیداتیو در گیاه نقش اساسی دارند (Sakhabutdinova et al., 2003). بر اساس نتایج گزارش شده است که کاربرد خارجی سالیسیلیک اسید فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی درون سلولی را تحریک کرده و تحمل گیاه به تنشهای محیطی را افزایش میدهد (Sakhabutdinova et al., 2003). با وجود این، بهبود بعضی از فرآیندهای فیزیولوژیکی و بازداری از بعضی از فرآیندها بستگی به غلظت اسید سالیسیلیک، گونههای گیاهی، مراحل مختلف توسعه و شرایط محیطی دارد. پژوهشگران بیان کردند که غلظتهای پائین سالیسیلیک اسید سبب افزایش ظرفیت آنتیاکسیدانی میشود، اما در غلظتهای بالا مرگ سلول یا حساسیت نسبت به تنشهای غیرزیستی را موجب میشود (Hara et al., 2012). افزایش آنتیاکسیدانها و در نتیجه ظرفیت آنتیاکسیدانی نقش مهمی در به تأخیر انداختن یا جلوگیری از اکسیداسیون سوبستراهای سلولی قابل اکسید ایفا میکند (Pennycooke et al., 2005).
شکل 10- مقایسه میانگین ظرفیت آنتیکسیدانی کل گیاه گلرنگ تحت سطوح تاریخ کاشت و کاربرد هورمون سالیسیلیک اسید. مقادیر میانگین سه تکرار است. حروف غیر مشترک بیانگر تفاوت معنیدار در سطح 5 درصد توسط آزمون LSD است.
Figure 10- Mean comparison for DPPH of safflower under different sowing date and foliar applications of salicylic acid. Values are the mean of three replicates. Different letters represent significant difference using LSD test at 5% probability level.
همچنانکه در این آزمایش مشخص شد شرایط تنش منجر به آسیب به غشاء و افزایش میزان مالوندیآلدئید و پراکسید هیدروژن شده است و از سوی دیگر ،کاربرد سالیسیلیک اسید سبب کاهش شدت تنش شد. محتوی مالون دی آلدئید دومین محصول نهایی اکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع است و بهطور کلی اندازهگیری میزان پراکسیداسیون لیپیدها به عنوان شاخص تنش اکسیداسیونی برای بررسی میزان آسیبهای وارده به غشاء تحت شرایط تنش مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به کاهش قابل ملاحظه نشتیونی به واسطۀ کاربرد سالیسیلیک اسید، به نظر میرسد این ترکیب مانع از شکلگیری ترکیبات مذکور در اثر اکسیداسیون اسیدهای چرب به ویژه مالوندیآلدئید میشوند. بر اساس گزارشهای مختلف استفاده از سالیسیلیک اسید همراه با تنش سبب افزایش بعضی از فرآیندهای فیزیولوژیک میشود که میتواند بر افزایش تحمل گیاه در برابر تنش منجر شود (Yazdanpanah et al., 2011).
نتیجه گیری کلی
از نتایج این پژوهش چنین استنباط میشود که وقوع تنش گرمای آخر فصل ناشی از کاشت دیرهنگام سبب افزایش غلظت پراکسید هیدروژن به عنوان یکی از گونههای اکسیژن واکنشگر شد که منجر به تنش اکسیداتیو در گیاه میشود و غلظت این ترکیب در رقم حساس پرنیان به طور معنیداری بالاتر از رقم فرامان بود. تحت این شرایط کاربرد خارجی سالیسیلیک اسید در غلظت 400 میکرومولار به صورت محلولپاشی سبب افزایش فعالیت آنزیمهای کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز، پلیفنولاکسیداز و فنیلآلانین آمونیالیاز به ویژه در رقم متحمل فرامان شد. با توجه به نتایج، کاربرد غلظت 400 میکرومولار سالیسیلیک اسید توانست توسط بهبود فعالیت آنزیمهای أنتیاکسیدان در کاهش اثرات مخرب تنش گرمای پایان فصل رشد در گلرنگ مؤثر باشد و با توجه به تأثیر این هورمون بر بهبود تعدیل فعالیت آنتی اکسیدانی گیاه در شرایط تنش گرما میتوان با کاربرد برگی این هورمون به عنوان یک راهکار مدیریتی در شرایط تنش استفاده کرد.
سپاسگزاری
بدینوسیله نویسندگان از حمایتهای معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه شهید چمران اهواز کمال قدردانی را دارند.
)