اثر تنش اشعه ماوراء بنفش بر برخی پارامترهای فيزيولوژيکی گياه فلفل (Capsicum annuum L. )
کبری مهدويان3،1، مه لقا قربانلی2، غلامعباس محمدی
1- دانشگاه پيام نور تهران- دانشکده علوم- بخش زيست شناسی
2- دانشگاه آزاد اسلامی واحد گرگان
3- مرکز بين المللی علوم و تکنولوژی پيشرفته و علوم محيطی
چکيده
اشعه ماوراء بنفش اثرات مورفولوژيک و فيزيولوژيک مهمی بر گياهان وحشی و زراعی دارد. لايه اوزون موجود در استراتوسفر بالای سطح زمين از رسيدن آن به سطح زمين جلوگيری می کند. امروزه مصرف بی رويه ترکيبات هالوژن دار باعث کاهش لايه اوزون شده که منجر به افزايش تابش اين اشعه به سطح زمين گرديده است و موجودات زنده به خصوص گياهان را تحت تاثير قرار داده است. در اين تحقيق اثرات باندهای مختلف اشعه ماوراء بنفش بر روی برخی از پارامترهای فيزيولوژيکی و القاء تنش در گياه فلفل مورد مطالعه قرار گرفت. روش کار به اين طريق بود که بذرهای تهيه شده در ورميکوليت رشد داده شدندو سپس در اتاق رشد تحت شرايط دمايیCO 23/27 روز و شب و پريود نورانی h8/h16 شب/روز قرار داده شدند. بعد از گذشت 4 هفته از رشد طبيعی گياهان، تحت تيمارهای UV-A ( nm 400-320 )، (nm 320-280 ) UV-B، (nm 280-254 ) UV-C قرار گرفتند. بعد از گذشت مدت زمان ، گياهان تيمار شده با گياهان شاهد مقايسه شدند. آناليز داده ها از طريق نرم افزار کامپيوتری SPSS و مقايسه ميانگين ها با آزمون چند دامنه ای دانکن انجام شد.
محتوی قند محلول کاهش معنی داری را در برگها و ريشه های گياهان تحت تيمار با گياهان شاهد نشان داد. محتوای پروتئين نيز در ريشه و برگهای گياهان تحت استرس کاهش نشان داد.
مقدار آنتی اکسيدان آسکوربيک اسيد در ريشه و برگهای گياه فلفل نيز اندازه گيری شد. در اين آزمايش مشاهده شد که تحت اشعه UV مقدار آسکوربيک اسيد در گياه افزايش می يابد، و اين افزايش نشانگر نقش فعال اين آنتی اکسيدان در کم کردن تنش اکسيداتيو ناشی از اشعه UV است. با بررسی مطالب فوق نتيجه گيری می شود که اشعه UV-A نقش زيانباری بر رشد گياه ندارد و بيشتر آسيب اشعه UV مربوط به باندهای UV-B و UV-C می باشد.
The effect of ultraviolet stress on some physiological parameters of pepper (Capsicum annuum L.)
K.Mahdavian1,3 , M.Gorbanli2, GH.Mohamadi3 E-mail: Kobramahdavi @ yahoo.com
1- Payam noor university of Tehran – Faculty of science – Department of biology
2- Islamic Azad university unit Gorgan
3- International center for science, High technology and Environmental science, Kerman
Ultraviolet stress has important morphological and physiological effects on crop and wild plants.
Stratospheric ozone layers inhibit reaching the UV to the earth surface. Today excesses use of halogen compounds caused depletion of ozone layer which itself caused increase UV radiation to the earth surface and affect all organisms including plants. In this study, effects of different UV radiation bands on some physiological parameters and induction of stress in pepper plant (Capsicum annuum) was studied. Seeds were cultured in vermiculate and transported to growth room under controlled condition (27/23 0C and 16h/8h light/dark). After 5 weeks, plants were for 10 day under treatments UV-A (320-400 nm), UV-B (280-320 nm), UV-C (254-280 nm). At the end of period, treated plants were compared to control. Data were analyzed using SPSS software, and averages were compared by Duncan test.
Content of soluble sugar decreased significantly in leaves and roots of treated plants in comparison with control. Protein content decreased significantly in leaves and roots of plants under stress.
Antioxidant content ascorbic acid (ASA) was measured in leaves and roots pepper plant. In this experiment we observed that content ascorbic acid increased in UV stressed plant.
This increase showed that this compound is the key compounds in reducing of oxidative stress induced by UV radiation. By considering to obtained results in this study we concluded that UV-A often harmful in plant, but UV-B and UV-C have serious effects on plant
Keywords: UV, sugar, protein, ascorbic acid, Capsicum annuum
مقدمه
تخريب لايه اوزون استراتوسفر باعث افزايش تابش اشعه ماورای بنفش در لايه تروپوسفر می شود (5). گياهان نيز مانند ساير موجودات زنده تحت تاثير اين اشعه قرار می گيرند، و هر گونه گياهی پاسخی متفاوت به اين اشعه می دهد. اثرات مضر اين اشعه بر گياهان شامل کاهش فرايند فتوسنتز، تجزيه پروتئينها و اسيدهای نوکلئيک تنش اکسيداتيو و کاهش مقدار رنگيزه های فتوسنتزی می باشد (2). مصرف بی رويه ترکيبات هالوژن دار و در نتيجه کاهش ضخامت لايه اوزون باعث افزايش تابش طيف UV-B ماورای بنفش در سطح زمين می شود که بالطبع با تاثير گذاری بر موجودات مخصوصا فتوسنتز کننده ها می تواند نظم اکوسيستمها را مختل نمايد. در اين تحقيق اثرات تابش UV-A ، UV-B و UV-C بر مقدار قندهای محلول، پروتئين و آسکوربيک اسيد مورد مطالعه قرار گرفت.
مواد و روشها
کشت گياه: بذرها با هيپو کلريت سديم 1/0 درصد ضدعفونی شد و پس از شستشو با آب مقطر به مدت 20 دقيقه در آب مقطر قرار گرفت. بذور در گلدانها به قطر 15 سانتيمتر در بستری از ورميکوليت کاشته شد. گلدتنها در اتاق های رشد با دوره نوری 16 ساعت نور و دمای 27 درجه سانتيگراد و 8 ساعت تاريکی و دمای 25 درجه سانتيگراد قرار گرفت و 3 بار در هفته از محلول غذايی استفاده شد. گياهان به مدت 15 روز و هر روز به مدت 25 دقيقه تحت تيمار با UV-A ، UV-B و UV-C قرار گرفتند.
سنجش مقدار قندهای احياء کننده ( (Somogyi-Nelson 195212
05/0 گرم از بافت تر برگ و ريشه توزين شد و هر نمونه جداگانه با 10 ميلی ليتر آب مقطر در هاون چينی سائيده شد. شپش محتوای هاون به بشر کوچکی منتقل گرديد و روی اجاق برقی قرار داده شد تا حرارت ببيند. به محض اينکه به نقطه جوش رسيد، حرارت قطع شد و محتوای بشر به کمک کاغذ صافی واتمن شماره 1 صاف گرديد و عصاره گياهی به دست آمد. مقدار 2 ميلی ليتر از عصاره های تهيه شده به لوله آزمايش منتقل شد و پس از افزودن 2 ميلی ليتر محلول سولفات مس به آنها ، سر لوله ها با پنبه مسدود گرديد. هر يک از لوله ها به مدت 8 دقيقه در حمام آبگرم با حرارت 100 درجه سانتيگراد حرارت ديدند. پس از آنکه لوله ها سرد شدند، 2 ميلی ليتر محلول فسفو موليبديک اسيد به آنها افزوده شد و پس از چند لحظه رنگ آبی پديدار گرديد. لوله های آزمايش به شدت تکان داده شدند تا اين رنگ به طور يکنواخت درون لوله آزمايش منتشر گردد. شدت جذب محلولها در طول موج 600 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر تعيين شد و با استفاده از منحنی استاندارد ، غلظت قندهای احياء کننده محاسبه گرديد.
سنجش مقدار کل پروتئين ها (1951 Lowry) 9
ميزان پروتئينها در برگها و ريشه ها با استاده از روش لوری (1951) اندازه گيری شد. مقدار 1/0 گرم از بافت تر ريشه و برگ توزين شد و هر نمونه به طور جداگانه با 4 ميلی ليتر بافر فسفات نمکی (7=PH) در هاون چينی که درون ظرف يخ قرار داده شده بود سائيده و توسط کاغذ صافی واتمن شماره 1 صاف گرديد. عصاره گياهی تهيه شده به مدت 30 دقيقه در g 5000 سانتريفيوژ شد و 1 ميلی ليتر از محلول شفاف رويی برداشته شد. سپس 4 ميلی ليتر از معرف C به لوله آزمايش حاوی عصاره اضافه گرديد و به مدت 15 دقيقه در درجه حرارت آزمايشگاه نگهداری شد. پس از آن 5/1 ميلی ليتر محلول رقيق شده فولين فنل (معرف D )اضافه شد و محلول حاصل به شدت به هم زده شد. لوله ها به مدت 45 دقيقه در تاريکی در درجه حرارت آزمايشگاه نگهداری شدند. با استفاده از اسپکتروفتومتر شدت جذب در طول موج 660 نانومتر تعيين شد.
سنجش مقدار آسکوربيک اسيد (1999 Mc de Pinto et al) 10
برای اندازه گيری آسکوربيک اسيد 5/0 گرم بافت برگ و ريشه وزن شد و در 10 ميلی ليتر متافسفريک اسيد 5 درصد سائيده شد و به مدت 15 دقيقه در g 10000 سانتريفيوژ گرديد. 3/0 ميلی ليتر از عصاره سانتريفيوژ شده در لوله آزمايش ريخته شد و محلولهای زير به آن اضافه شد:
در ابتدا 750 ميکروليتر بافر فسفات پتاسيم به آن افزوده شد. سپس 300 ميکروليتر آب مقطر افزوده گرديد. مخلوط حاصل با ورتکس مخلوط شد و به مدت 10 دقيقه در درجه حرارت اتاق قرار داده شد . 600 ميکروليتر TCA ، ارتو فسفريک اسيد و آلفا-آلفا دی پيريديل افزوده گرديد. 10 ميکروليتر Fecl3 اضافه شد و به مدت 20 دقيقه در حمام آبگرم با دمای 40 درجه سانتيگراد قرار گرفت. لوله از حمام آبگرم خارج شد و با ورتکس مخلوط شد و به مدت 20 دقيقه ديگر در حمام آبگرم با دمای 40 درجه سانتيگراد قرار گرفت. شدت جذب در طول موج 525 نانومتر خوانده شد.
عمليات آماری : آناليز آماری در اين پژوهش بر اساس طرح کاملا تصادفی انجام و برای هر تيمار 4 تکرار در نظر گرفته شد. مقايسه ميانگينها با استفاده از نرم افزار SPSS و آزمون دانکن با ضريب اطمينان 95 درصد انجام گرديد.
نتايج و بحث:
در گياهان تحت تاثير اشعه قند در برگ و ريشه کاهش يافت (شکل1). کاهش ميزان فتوسنتز می تواند علت کاهش قند باشد زيرا اشعه UV با تاثير بر PSII، غشاء تيلاکوئيدی، آنزيم روبيسکو و برخی از آنزيمهای چرخه کلوين سنتز قند را کاهش می دهد (4، 8، 11 ). علاوه بر اين گزارش شده که تنش اکسيداتيو القاء شده توسط اشعه UV منجر به تخريب ماکرومولکولهای حياتی مثل پروتئينها ، اسيدهای نوکلئيک و کربوهيدراتها می گردد (3).
Takauchi و همکاران مدارکی مبنی بر کاهش قندهای محلول و اسيدهای آلی در گياه تحت تيمار با UV-B ارائه داده اند (7). مقدار پروتئينهای برگ و ريشه گياه فلفل تحت تيمار با باندهای مختلف UV کاهش نشان داد. در تيمار با UV-A کاهش جزئی ولی در تيمار با UV-B و UV-C کاهش معنی دار بود (شکل 2 ). در گياهانی مثل کدو، سويا و نخود گزارش شده که کاهش محتوای پروتئينی برگ به دليل افزايش راديکالهای اکسيژن فعال تحت تاثير اشعه UV است (6،1).
نتايج نشان می دهد که هم در برگ و هم در ريشه گياه ، آسکوربيک اسيد تحت تيمار UV-B و UV-C به طور معنی داری افزايش می يابد (شکل3). افزايش ASA، نشان دهنده نقش آنتی اکسيدانی اين مواد در برابر تنش اکسيداتيو ناشی از تيمار با اشعه UV است.
منابع
1- Agrawal. S. B. 1992. Effects of supplemental UV-B radiation on photosynthetic pigment, protein and glutation conleuts in green algae. Environmental and Experimental Botany. 32 (2) 137-143.
2- Allen, D. J, Nogues. S, Baker R. N. 1998. Ozone depletion and increased UV-B radiation: is there a real threat to photosynthesis? Journal of experimental Botany, 328: 1775-1788.
3- Costa, H., Gallego, S. M. & Tomaro, M. L. 2002. Effects of UV-B radiation on antioxidant defense system in sunflower cotyledons. Plant Science. 162 (6): 939-945.
4- Dai, Q., Yan, B., Huang, S., Liu, X. & Peng, S. 1997. Response of oxidative stress defense system in rice (Oryza sativa) Leaves with supplemental UV-B radiation. Physiological Plantarum. 101: 301-308.
5- Hofmann. W, Swinny. E. E, Bloor. S. J, Markham. K. R, Ryan. K. G, Campbell. B. D, Jordan. B. R, Fountain. D. W, 2000. Responses of nine Trifolium repens. L. Populations to ultraviolet-B radiation: differential flavonol glycoside accumulation and biomass production. Annals of Botany, 86: 527-573.
6- Kovacs, E. & Kereszfes, A. 20002. Effect of gamma and UV-B/C radiation on plant cells. Micron. 33: 199-210.
7- Kulandivelu, G., Lingakumar, K. and Premkumar A. 1997. UV-B Radiation. In: Plant Ecophysiology. John wiley & Sons. INC. pp: 41-57.
8- Lingakumar, k., Amudha, P. & Kulandaivelu, G. 1999. Exclusion of solar UV-B (280-315 nm) radiation on vegetative growth and photosynthetic activities in vigna Unguiculata L. Plant Science. 34: 97-103.
9- Lowry, O. H., Roseberough, N. J., Farr, A. L. and Randall, R. J. 1957. Protein measurement with the folin-phenol reagent. Journal of Biological chemistry. 193: 265-275.
10- Mc de pinto, Francis, D. and Gara, L. de. 1999. The redox state of ascorbate-dehydroascorbate pairase a specific sensor of cell division in tobacco BY-Z cells. Protoplasma. 209: 90-97.
11- Sharma, P. K., Anand, P., Sankhalkar, S. & Shety, R. 1998. Photochemical and biochemicalchanges in wheat seedlings exposed to supplementary ultraviolet-B radiation. Plant sciences. 132: 21-30.
12- Somogy, M. 1952. Notes on sugar determination . Journal of Biological chemistry. 195: 19-29
www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com