Document Type : Research Paper
Authors
Abstract
Keywords
مقدمه
امروزه به دلیل توزیع مواد زائد خانگی، صنعتی و کشاورزی توسط انسان، محیط زیست درحال آلوده شدن با مواد آلی و معدنی میباشد. اصلی‌ترین ترکیب آلایندههای معدنی، فلزات سنگین از جمله مس، سرب، روی، آهن و کادمیم میباشد (دبیری 2000). در بین فلزات سنگین عناصری وجود دارد که بعنوان عناصر کممصرف (Fe, Mo, Mn, Zn, Ni, و ...) برای متابولیسم گیاهی با اهمیت هستند اما وقتی مقدار آنها در محیط رشد گیاه زیادتر از حد نرمال باشد، برای گیاهان مسمومیت‌زا هستند. امکان اصلاح خاک‌های آلوده به فلزات سنگین با استفاده از تکنیک‌های شیمیایی، فیزیکی و یا زیستی وجود دارد، اما روش‌های فیزیکی و شیمیایی معمولا هزینه‌بر، وقت گیر و تخریب‌کننده محیط زیست می‌باشند. از این رو، طی سال‌های اخیر پژوهشگران درصدد طراحی و توسعه تکنیک‌های زیستی برآمدند که بتوانند مکان‌های آلوده به فلزات سنگین را بدون آنکه بر حاصلخیزی و تنوع بیولوژیکی خاک اثرات سوئی داشته باشند، پاکسازی و تعدیل نمایند (سروار و همکاران 2017).
گیاهان بطور وراثتی مکانیسم‌های مشخصی برای مبارزه با خسارت تنش اکسیداتیو و مقابله با اثرات مضر گونههای فعال اکسیژن (ROSها) دارند که این مکانیسم‌ها شامل افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانت‌های آنزیمی (SOD، CAT، و POX) و غیر آنزیمی نظیر گلوتاتیون، تیول و کارتنوئیدها میباشد (تونواجام و همکاران 2014). از طرفی ارتباط همزیستی گیاهان با قارچهای میکوریزا نقش مهمی در سیستم دفاعی گیاه بازی کرده و میتواند به نحو موثری فلزات سنگین را در خاک محدود و اثرات آن را تخفیف دهد (لاتف و همکاران 2016). ژن‌های مختلف درگیر در مقاومت به فلزات سنگین از قبیل ترانسپورترهای ZIP، متالوتیونین‌ها و گلوتاتیون اس ترانسفراز در گیاهان کلونیزه‌شده با قارچهای میکوریزا افزایش بیان داشته‌اند (هیلدبرانت و همکاران 2007).
یکی از قارچهای اندوفیت شبهمیکوریزا، قارچ Piriformospora indica میباشد که در سال 1998 توسط وارما و همکاران (1999) در کشور هندوستان شناسایی گردید. این قارچ با تعداد زیادی از گیاهان عالی رابطه همزیستی برقرار نموده و توانایی معنیداری برای غیرفعال کردن فلزات سنگین در ریشه‌ها دارد که می تواند در زیست‌پالایی امیدوار کننده باشد (گیل و همکاران 2016). تاثیر قارچ P. indica بر مقاومت به تنش فلزات سنگین در گزارش‌های کمی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد تلقیح با قارچ P. indica از طریق افزایش آنزیمهای آنتیاکسیدانت و محتوای کلروفیل و همچنین کاهش ROS، باعث افزایش مقاومت به تنش فلز سنگین کادمیوم در گل آفتابگردان (شهابی نیا و همکاران 2013)، تنباکو (هوی و همکاران 2015)، برنج (دابرال و همکاران 2019) و یونجه (لی و همکاران 2020) میشود. ناندا و آگراوال (2018) نشان دادند که افزایش پرولین و آنزیمهای آنتیاکسیدانت در کنار کاهش پراکسیداسیون لیپید و پراکسید هیدروژن در گیاهان Cassia angustifolia تلقیحشده با قارچ P. indica باعث مقاومت آنها به تنش فلز سنگین مس میشود. سرتیپنیا و همکاران (2013) نتایج مشابهی در مورد گیاهان گوجهفرنگی در شرایط تنش سرب گزارش کردند. همچنین گزارش شده است که تلقیج گیاه گندواش با قارچ مذکور باعث افزایش زیستتوده، آنزیمهای آنتیاکسیدانت و ترکیبات فنلی شده و مقاومت به تنش آرسنتیک را افزایش میدهد (رحمان و همکاران 2019). نتایج این مطالعات نشان میدهد که قارچ میتواند به عنوان یک عامل بالقوه برای حذف زیستی فلزات سنگین مورد توجه قرار گیرد. از اینرو، کاربرد عملی P. indica در پاکسازی زمین‌های آلوده به فلزات سنگین نیاز به بررسی بیشتری دارد و میتواند ابزار مهمی در کشاورزی پایدار باشد.
تربچه (Raphanus sativus L.) گیاهی یکساله و علفی از خانواده شب‌بو و در مناطق مختلف ایران کشت میشود. بخش خوراکی این گیاه ستبر و در تماس مستقیم با خاک قرار دارد. بنابراین فلزات سنگین به راحتی در آن تجمع یافته و برای مصرف‌کنندگان مضر خواهند بود. این گیاه در بسیاری از نقاط دنیا به واسطه دوره رشد کوتاه و ارزش غذایی بالا کشت میشود (اکرم و همکاران 2015). با اینحال، مطالعات معدودی در زمینه تاثیر تنش‌های غیر زیستی مانند خشکی و فلزات سنگین بر روی این گیاه انجام شده است.
با توجه به اینکه گیاهان نقـش مهمی در انتقال فلزات سنگین در خاک‌های آلوده بر عهده دارند، در نتیجه می‌توانند سبب ورود سموم به چرخه غذایی گردند. از اینرو بررسی جذب فلزات توسط گیاهان به خصوص سبزیجات از اهمیـت ویژه‌ای برخوردار است. هدف مطالعه حاضر ارزیابی تاثیر ارتباط همزیستی قارچ اندوفیتP. indica با گیاه تربچه بر مقاومت به فلزات سنگین روی، سرب و نیکل و توانایی قارچ در کاهش اثرات مضر این فلزات در گیاه مذکور میباشد.
مواد و روش‌ها
تهیه، تشخیص و تکثیر مایه تلقیح قارچ P. indica
برای کشت قارچ از محیط کشت پیچیده (محیط کشت آسپرژیلوس تغییر یافته حاوی عناصر ماکرو، میکرو، عصاره مخمر، پپتون و کازئین) استفاده شد. کشت جدایه قارچ مطابق با روش قبولی و همکاران (2013) انجام و پس از جمع‌آوری اسپورهای قارچ، تعداد اسپورها با استفاده از لام نئوبار شمارش گردید. برای تهیه میسلیوم، دیسک‌های فعال قارچ از محیط کشت برداشته و در ارلن‌های 250 میلی‌لیتری حاوی 100 میلی‌لیتر محیط کشت مایع قرار داده و سپس در شیکر انکوباتور با دمای 2±28 درجه سانتیگراد و 150 دور در دقیقه به مدت 10-7 روز قرار داده شدند. در مرحله بعد با استفاده از فیلتر کاغذی، میسلیوم‌ها از محیط کشت جدا و سپس چندین بار با آب مقطر شستشو داده شد (بجاج و همکاران 2015).
کشت گیاه و اعمال تیمارها
این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در شرایط کنترلشده گلخانه انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل مایه تلقیح مختلف قارچ (میسلیوم، اسپور و شاهد بدون قارچ) به‌عنوان فاکتور اول و سه نوع فلز سنگین (شامل نیترات سرب، نیترات روی، نیترات نیکل و شاهد) به عنوان فاکتور دوم میباشد. در تیمار با اسپور قارچ، بذرهای جوانه‌دار شده با سوسپانسیون اسپور قارچ (حاوی 105×5 اسپور در میلی لیتر) تلقیح و به مدت یک ساعت بر روی شیکر با 70 دور در دقیقه قرار داده شدند تا امکان اتصال اسپورهای قارچ به سطح ریشه‌چه فراهم شود، سپس گیاهچه‌های تلقیحشده در گلدان کاشته شدند. برای تیمار میسلیوم، از مخلوط 1% (وزنی به وزنی) میسیلیوم و خاک استفاده و سپس گیاهچهها در آن کاشته شدند. گلدانها پس از کشت به گلخانه منتقل و به مدت 2 ماه نگهداری گردیدند. برای اعمال تنش فلزات سنگین، ابتدا محلول حاوی فلزات سنگین (سرب، نیکل و روی) تهیه و سپس گلدانها با محلول حاوی فلزات سنگین با غلظت 500 میلیگرم در لیتر آبیاری شدند تا میزان مورد نظر از فلزات سنگین به خاک اضافه شود. سپس گلدانها به مدت دو ماه در شرایط طبیعی حفظ شدند. لازم به ذکر است که در شرایط کنترل (عدم اعمال تنش فلزات سنگین)، آبیاری گلدانها با آب آبیاری و بدون فلزات سنگین انجام گرفت. چهار هفته پس از خروج گیاهچهها، نمونه‌برداری از اندامهای هوایی صورت گرفت و صفاتی مانند ارتفاع بوته، تعداد برگ در هر گیاه، وزن خشک اندام هوایی، محتوای نسبی آب، رنگیزههای فتوسنتزی، کربوهیدرات، پرولین و پروتئین مورد سنجش قرار گرفتند.
بررسی صفات مورفولوژیک و فیزیولوژیک
پس از تعیین وزنتر نمونه‌های گیاهی برداشت‌شده، نمونه‌های مذکور به مدت 48 ساعت در آون با دمای 75 درجه سانتیگراد قرار داده شدند و وزن خشک آنها نیز محاسبه گردید. برای اندازهگیری محتوای نسبی آب برگ (RWC)، از روش بار و وثرلی (1962) و معادله RWC (%)= [(FW - DW)/(TW - DW)] × 100 استفاده شد که در آن FW، TW و DW به ترتیب وزن تر، وزن آماس و وزن خشک میباشد. رنگیزههای برگ (کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل کل) با استفاده از استون 80 درصد، استخراج و سنجش آن مطابق با روش آرنون (1949) انجام شد. غلظت کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل و کاروتنوئید به ترتیب در طول موجهای 663، 645، 652 و 470 نانومتر تعیین گردید. نشت یونی مطابق با روش والنتوویچ و همکاران (2006) و با استفاده از برگهای تازه و دستگاه EC متر اندازهگیری شد. ابتدا هدایت الکتریکی اولیه (EC1) اندازهگیری و سپس نمونهها در 120 درجه سانتیگراد به مدت 20 دقیقه اتوکلاو و بعد از کاهش دما تا دمای محیط، هدایت الکتریکی مجدداً اندازهگیری شد (EC2). نشت یونی از طریق رابطه EL= (EC1/EC2)×100 محاسبه گردید. استخراج و اندازهگیری پروتئین کل به روش رنگسنجی برادفورد (1987) و توسط دستگاه اسپکتروفتومتر انجام شد. از سرم آلبومین گاوی به عنوان استاندارد استفاده شد. استخراج کربوهیدرات کل محلول از بافت تر به روش ایروجوین و همکاران (1992) با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 620 نانومتر قرائت و با استفاده از منحنی استاندارد بدست آمده از غلظت‌های مختلف گلوکز بیان گردید. جهت سنجش پرولین روش بیتس و همکاران (1973) انتخاب شد و نمونهها با استفاده از معرف نینهیدرین و در طول موج 520 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. استخراج فنول کل به وسیله معرف فولین سیوکالتیو مطابق با روش سینگلتون و روسی (1965) صورت گرفت و در طول موج 760 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. مقدار فنول کل با استفاده از منحنی کالیبراسیون استانداردی که برای اسید گالیک در غلظت‌های مختلف تهیه شده بود، محاسبه شد. به‌منظور مقایسه گیاهان شاهد و گیاهان تلقیح شده با قارچ P. indica، تجزیه آماری نتایج، با استفاده از نرم‌افزار MSTAT-C:2015 انجام گردید. مقایسه میانگین‌ها نیز در سطح 5% و بر اساس آزمون دانکن انجام شد.
نتایج و بحث
وزن خشک اندام هوایی
بر اساس نتایج به‌دست آمده اثرات ساده تنش فلزات سنگین بر وزن خشک اندام هوایی در سطح احتمال 1 درصد معنیدار شد اما اثر ساده قارچ و اثرات متقابل معنیدار نشد (جدول 1). تنش فلزات سنگین باعث کاهش وزن خشک گردیده است، بهطوریکه کمترین وزن خشک مربوط به تیمار فلز سنگین سرب (0/4 گرم در بوته) و بیشترین میزان آن مربوط به شاهد (0/7 گرم در بوته) بود (شکل 1). اگرچه اثرات قارچ بر وزن خشک اندام هوایی گیاهان تلقیحشده معنیدار نبود اما قارچ تا حدی توانسته بود اثرات مضر فلزات سنگین را بر وزن خشک گیاهان تلقیحشده جبران نماید؛ بطوریکه گیاهان تلقیحشده نسبت به گیاهان شاهد سریعتر رشد کرده، ارتفاع بیشتری داشته و دارای تعداد بیشتری برگ بودند (داده‌های مرتبط با ارتفاع و تعداد برگ آورده نشده است اما نتایج نشان داد تلقیح با قارچ خصوصا میسیلیوم قارچ تعداد برگ و ارتفاع گیاه را افزایش میدهد).
بیوماس (زیست توده) و رشد طولی گیاه به عنوان شاخص‌های سمیت فلزات سنگین در گیاهان شناخته می‌شوند. پژوهش‌های متعددی نشان داده است که وقتی گیاهان در معرض غلظت‌های بالای فلزات سنگین قرار می‌گیرند، وزنتر و خشک گیاه و طول بخش هوایی و ریشه کاهش می‌یابد (امیدبیگی 2009). تاثیر نامطلوب فلزات سنگین بر ارتفاع، وزن خشک و تر و دیگر شاخص‌های رشدی برنج گزارش شده است که نتایج مطالعه حاضر با آن منطبق میباشد. از مهم‌ترین دلایل کاهش معنیدار عملکرد و ماده خشک گیاه در شرایط تنش می‌توان به کاهش تقسیم سلولی، بسته شدن روزنه‌ها، کاهش فتوسنتز و متعاقبا ممانعت از رشد اشاره کرد (شانکر و همکاران 2005).
شکل 1- نتایج مقایسه میانگین تیمارهای مختلف فلزات سنگین در وزن خشک اندام هوایی گیاه تربچه
|
جدول 1- نتایج تجزیه واریانس محتوای نسبی آب و رنگیزههای فتوسنتزی گیاه تربچه تحت تنش فلزات سنگین و قارچ |
|||||||||||
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
وزن خشک اندام هوایی |
محتوای نسبی آب |
کلروفیل a |
کلروفیل b |
کلروفیل کل |
کارتنوئید |
نشت یونی |
کربوهیدرات |
پرولین |
پروتئین |
|
قارچ |
2 |
ns083/2 |
ns 29/6 |
ns0398/0 |
ns0137/0 |
ns113/0 |
ns0006/0 |
**628/36 |
**0472/0 |
**881/1 |
**0043/0 |
|
فلزات سنگین |
3 |
**24/16 |
ns44/3 |
ns0422/0 |
ns0112/0 |
*181/0 |
**0101/0 |
*018/15 |
**0320/0 |
**618/0 |
**0086/0 |
|
قارچ×فلزات سنگین |
6 |
ns 30/1 |
*49/18 |
**0725/0 |
*0474/0 |
**268/0 |
*0057/0 |
*944/17 |
**0048/0 |
**028/0 |
**0006/0 |
|
خطای آزمایش |
24 |
79/1 |
42/5 |
0173/0 |
0145/0 |
048/0 |
0019/0 |
859/4 |
0001/0 |
0005/0 |
000/0 |
|
ضریب تغییرات |
- |
54/6 |
24/2 |
17/2 |
34/1 |
89/. |
07/1 |
61/3 |
55/0 |
15/0 |
44/0 |
|
ns و ** و* به ترتیب غیر معنیداری و معنیداری در سطح 1 و 5 درصد می باشد. |
|||||||||||
تأثیر قارچ بر میزان وزن خشک گیاهان تلقیحشده با قارچ در شرایط تنش خشکی (قبولی و همکاران 2013)، شوری (والر و همکاران 2005) و فلزات سنگین (ناندا و آگراوال 2018) گزارش شده است. مکانیسم‌های مختلفی در ارتباط با تأثیر قارچهای اندوفیت بـر رشـد رویشی گیاهان ذکر شده است. در پژوهش حاضر، این تاثیرات معنیدار نبود که این امر میتواند ناشی از دلایل متعددی از جمله کلنیزاسیون غیریکنواخت گیاهان یا پاسخ متفاوت گیاه به تلقیح با میسیلیوم یا اسپور قارچ باشد.
محتوای نسبی آب برگ
بر اساس نتایج به‌دست‌آمده برهمکنش تیمارهای مختلف قارچ و فلزات سنگین بر محتوای نسبی آب برگ در سطح احتمال 5 درصد معنیدار شد (جدول 1). نتایج مقایسه میانگین نشانداد بیشترین محتوای نسبی آب برگ در گیاهان تلقیحنشده و تیمار شده با فلز سنگین نیکل (6/92 درصد) و کمترین اثر در تیمار شاهد تلقیحنشده (3/85 درصد) دیده شده است (جدول 2).
محتوای آبی برگ‌ها به‌عنوان فاکتوری برای تعیین سطح آب گیاه شناخته شده است که منعکس‌کننده فعالیت‌های متابولیکی در بافت‌هاست؛ کاهش محتوای نسبی آب برگ سبب کاهش فراهمی آب مورد نیاز برای فرایندهای مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی میگردد (فرخنده و همکاران 2012). کاظمعلیلو و صدقیانی (2012) در تحقیقی روی گیاه بنگدانه نشان دادند که در اثر سمیت با فلز سنگین سرب و با افزایش غلظت فلز، میزان نسبی محتوای آب برگ (RWC) کاهش یافت.
نتایج برخی بررسی‌ها نشان داده است که قارچ تاثیر مثبت و مستقیمی بر محتوای نسبی آب در شرایط تنش‌های غیر زیستی دارد (قبولی و همکاران 2011). به‌نظر می‌رسد میسلیوم‌های قارچ سطح جذب بالاتری را برای گیاهان میزبان فراهم آورده و از طرفی به نگهداری آب در اطراف آن کمک کرده‌اند و همین مسئله سبب شده است تا در شرایط یکسان، گیاهان تلقیحشده نسبت به گیاهان شاهد دارای محتوای نسبی آب بیشتری باشند.
رنگیزه های فتوسنتزی
بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از تجزیه واریانس دادهها، برهمکنش تیمارهای مختلف قارچ و فلزات سنگین بر میزان کلروفیل a و b معنیدار شد (جدول 1). معنیدار شدن اثرات متقابل نشان میدهد که دو فاکتور مستقل از هم عمل نکردهاند. بیشترین مقدار کلروفیل a در تیمار با میسلیوم و بدون تنش فلزات سنگین (21/1 میلیگرم بر گرم وزنتر) و کمترین اثر در تیمار با میسلیوم قارچ و فلز سنگین روی (69/0 میلیگرم بر گرم وزنتر) دیده شده است (جدول 2). بیشترین میزان کلروفیل b در تیمار اسپور و فلز سنگین روی (92/0 میلیگرم بر گرم وزنتر) و کمترین اثر در تیمار قارچ میسلیوم و فلز سنگین روی (55/0 میلیگرم برگرم وزنتر) دیده شده است (جدول 2).
تجزیه واریانس دادهها نشانداد اثرات ساده تنش فلزات سنگین و اثرات متقابل تیمارهای قارچ و فلزات سنگین بر میزان کلروفیل کل و کاروتنوئید معنیدار است (جدول 1). بیشترین میزان کلروفیل کل در تیمار با میسیلیوم و بدون تنش فلزات سنگین (55/2 میلیگرم بر گرم وزنتر) و کمترین اثر در تیمار با میسلیوم و فلز سنگین روی (53/1میلیگرم برگرم وزنتر) مشاهده شد. همچنین بیشترین میزان کاروتنوئید در تیمار با میسیلیوم و بدون تنش فلزات سنگین (44/0 میلیگرم بر گرم وزنتر) و کمترین اثر در تیمار با میسلیوم و فلز سنگین روی (29/0 میلیگرم برگرم وزنتر) دیده شده است (جدول 2).
فلزات سنگین به وسیله مهار آنزیمهای گاما– آمینو لوالونیک اسید دهیدوژناز و پروتوکلروفیلد ردوکتاز سبب مهار بیوسنتز کلروفیل می‌شوند. بر همکنش متقابل فلز سنگین با گروه سولفیدریل آنزیم‌ها مهم‌ترین مکانسیم این مهارها عنوان شده است. علاوه بر مهار بیوسنتز کلروفیل به وسیلۀ فلزات سنگین، این فلزات باعث تجزیه زیستی کلروفیل نیز می‌شوند (شارما و دوبی 2005). کاروتنوئیدها کمتر تحت تاثیر فلزات سنگین قرار می‌گیرند و در نتیجه، موجب کمتر شدن نسبت کلروفیل به کاروتنوئید در گیاهان می‌شوند (واسیلو و یوردانو 1997).
نتایج به‌دست‌آمده نشان داد تلقیح قارچ باعث افزایش رنگیزههای فتوسنتزی نسبت به گیاهان شاهد میگردد که با نتایج کریمی و همکاران (2015) و باساک و همکاران (2011) مطابقت داشت. در پژوهشی دیگر مشخص شد تلقیح ریشه گیاه دارویی Coleus forskohlii با قارچ P. indica منجر به افزایش کلی زیستتوده اندام
|
جدول 2- مقایسه میانگین صفات فیزیولوژیک گیاه تربچه تحت تأثیر تنش فلزات سنگین و تیمار با قارچ |
|||||||||
|
پروتئین (mg.g-1FW) |
پرولین (mg.g-1FW) |
کربوهیدرات کل محلول (mg.g-1FW) |
نشت یونی (%) |
کارتنوئید |
کلروفیل کل |
کلروفیل b |
کلروفیل a |
محتوای نسبی آب (%) |
تیمارها |
|
f007/0 |
j331/0 |
f075/0 |
b04/4 |
ab375/0 |
abc10/2 |
ab753/0 |
ab972/0 |
b29/85 |
CF0 |
|
d051/0 |
i730/0 |
e115/0 |
a62/11 |
ab320/0 |
abc92/1 |
ab749/0 |
ab855/0 |
ab01/87 |
ZF0 |
|
e041/0 |
h903/0 |
e119/0 |
b11/4 |
b312/0 |
bc86/1 |
ab668/0 |
ab882/0 |
a57/92 |
NF0 |
|
e035/0 |
g050/1 |
e115/0 |
ab57/7 |
ab344/0 |
ab24/2 |
ab818/0 |
a083/1 |
ab62/90 |
PF0 |
|
f009/0 |
g073/1 |
ef106/0 |
b21/4 |
ab363/0 |
abc13/2 |
ab753/0 |
ab015/1 |
ab93/87 |
CF1 |
|
c071/0 |
d447/1 |
d205/0 |
b31/2 |
ab404/0 |
ab34/2 |
a913/0 |
a156/1 |
ab46/87 |
ZF1 |
|
c072/0 |
e340/1 |
cd233/0 |
b52/3 |
ab330/0 |
abc16/2 |
ab774/0 |
ab064/1 |
ab76/87 |
NF1 |
|
b087/0 |
b632/1 |
bc256/0 |
b32/3 |
b313/0 |
abc01/2 |
ab696/0 |
ab005/1 |
ab54/86 |
PF1 |
|
f009/0 |
f197/1 |
ef105/0 |
b71/2 |
a444/0 |
a55/2 |
ab894/0 |
a211/1 |
ab37/90 |
CF2 |
|
c078/0 |
c553/1 |
d201/0 |
b00/5 |
b288/0 |
c53/1 |
b548/0 |
b696/0 |
ab22/88 |
ZF2 |
|
b091/0 |
e377/1 |
b269/0 |
b41/5 |
ab331/0 |
abc03/2 |
ab780/0 |
ab060/1 |
ab48/86 |
NF2 |
|
a104/0 |
a835/1 |
a326/0 |
ab22/7 |
b313/0 |
bc77/1 |
ab644/0 |
ab958/0 |
ab48/87 |
PF2 |
|
میانگینهایی که در یک ستون با حداقل یک حرف مشترک مشخص شدهاند، با یکدیگر اختلاف معنیداری براساس آزمون چند دامنهای دانکن در سطح احتمال5 درصد ندارند. (F0: تلقیحنشده؛ F1: تلقیح شده با قارچ (اسپور)؛ F2: تلقیح شده با قارچ (میسیلیوم)؛ C: گیاه شاهد در شرایط بدون تنش فلزات سنگین؛ Z: تیمار با فلز روی؛ N: تیمار با فلز نیکل؛ P:تیمار با فلز سرب).
|
|||||||||
هوایی، محتوای کلروفیل a، b میگردد (داس و همکاران 2012). مطالعات مشابهی در رابطه با تاثیر قارچ بر میزان کلروفیل در گیاهان تلقیحشده در شرایط تنش‌های غیر زیستی نظیر فلزات سنگین (هوی و همکاران 2015) گزارش شده است. به نظر می‌رسد قارچ با تاثیر بر روی پروتئین‌های درگیر در فرآیند فتوسنتز و چرخه کالوین و افزایش بیان آنها، نقش موثری در حفظ و پایداری فتوسنتز در گیاهان میزبان ایفا می‌کنند (کریمی و همکاران 2015).
نشت الکترولیت و پایداری غشاء
بر اساس نتایج به دستآمده از تجزیه واریانس دادهها، اثر ساده قارچ در سطح 1 درصد و اثر ساده فلزات سنگین و اثرات متقابل تیمارها بر میزان نشت یونی در سطح 5 درصد معنیدار شد (جدول 1). معنیدار شدن اثرات متقابل نشان میدهد که دو فاکتور مستقل از هم عمل نکردهاند. با بررسی جدول مقایسه میانگین (جدول 2)، مشاهده شد بالاترین میزان نشت یونی مربوط به تیمار فلز سنگین روی در گیاهان تلقیحنشده با قارچ (62/11درصد) بود. همچنین نتایج نشان داد تیمار گیاهان تربچه با قارچ P. indica باعث کاهش نشت یونی در آنها و افزایش پایداری غشاء میگردد؛ بهطوریکه تیمار با اسپور قارچ توانسته است اثرات منفی تنش فلز سنگین بر پایداری غشاء را تا حد زیادی خنثی نماید.
فلزات سنگین از طریق افزایش تجمع ROS و در اثر تنش اکسیداتیو حاصل از آن، منجر به آسیب به ساختار غشاء و ساختار آن می‌شوند؛ لذا قابلیت نفوذپذیری غشاهای آسیب‌دیده مختل میشود. همین امر باعث نشت الکترولیت‌ها به خارج سلول میشود (داوی و همکاران 2005). قارچ میتواند توسط جلوگیری از تشکیل ROS تحت شرایط تنش، بطور نسبی با این پاسخ تنش مقابله کند و مانع تجزیه این لیپیدها شود یا تجزیه آنها را به تاخیر اندازد (ناندا و آگراوال 2018). به‌نظر می‌رسد قارچ با کمک به پایداری غشاء و جلوگیری از نشت یونی در شرایط تنش به بهبود فعالیت‌های فیزیولوژیکی گیاه کمک شایانی می‌نماید. تاثیر قارچهای میکوریزا و همچنین قارچهای شبهمیکوریزا مانند P. indica بر متابولیسم ROSها و کمک به حفظ هموستازی ROSها در شرایط تنش توسط پژوهشگران دیگر گزارش شده است (ناث و همکاران 2016).
محتوای کربوهیدرات، پرولین و پروتئین
نتایج تجزیه واریانس دادهها نشان داد اثرات ساده قارچ و تنش فلزات سنگین و اثرات متقابل تیمارها بر میزان کربوهیدرات، پرولین و پروتئین برگ گیاه تربچه در سطح احتمال 1 درصد معنیدار است (جدول 1). معنیدار شدن اثرات متقابل در مورد این صفات نشان میدهد که دو فاکتور مستقل از هم عمل نکردهاند. نتایج مقایسه میانگین دادهها نشان داد که کمترین میزان کربوهیدرات مربوط به تیمار بدون قارچ (075/0 میلی گرم بر گرم وزنتر) در شرایط بدون تنش بود و بیشترین میزان کربوهیدرات مربوط تنش فلز سنگین سرب و تلقیح با میسلیوم قارچ (326/0 میلی گرم بر گرم وزنتر) بود. همچنین نتایج مقایسه میانگین نشان داد که کمترین میزان پرولین مربوط به تیمار بدون قارچ (331/0 میکرومول بر گرم وزنتر) در شرایط فاقد تنش بود و بیشترین میزان پرولین مربوط به تیمار با فلز سنگین سرب و میسلیوم قارچ (835/1 میکرومول بر گرم وزنتر) بود. در کل نتایج نشان داد که کمترین میزان پروتئین مربوط به تیمار بدون قارچ (007/0 میلی گرم بر گرم وزنتر) در شرایط طبیعی بود و بیشترین میزان پروتئین مربوط به تیمار با فلز سنگین سرب و میسلیوم قارچ (104/0 میلی گرم بر گرم وزنتر) بود (جدول 2).
درموارد متعددی سازش گیاهان به تنش‌های محیطی از جمله فلزات سنگین با انباشت متابولیت‌هایی مانند ترکیبات نیتروژن‌دار (پرولین، سایر آمینواسیدها و پلی‌آمین‌ها) و کربوهیدراتها (ساکارز، سایر اولیگوساکاریدها و پلی‌ساکاریدها) انجام می‌گیرد (لاین و همکاران 2009). تجمع قندهای محلول و پرولین در شرایط تنش به تنظیم اسمولاریته سلول کمک میکند و موجب حفظ و نگهداری مولکول‌های زیستی و غشاها میگردد (ناندا و آگراوال 2018). در پژوهش حاضر نیز میزان کربوهیدراتها تحت تنش فلزات سنگین افزایش پیدا کرد.
تلقیح با قارچ سبب افزایش میزان کربوهیدرات در گیاهان تلقیحشده در شرایط مختلف رطوبتی شده است که با نتایج قبولی (2014) و باقری و همکاران (2013) مطابقت دارد. تلقیح با قارچ P. indica میزان کربوهیدرات‌های محلول و پرولین را افزایش داد (بالتراشات و همکاران 2008). تغییرات کربوهیدراتها به دلیل ارتباط مستقیم آنها با فرایندهای فیزیولوژیکی نظیر فتوسنتز، انتقال و تنفس اهمیت خاصی دارند. به نظر می‌رسد قارچ با افزایش میزان کربوهیدراتها در شرایط تنش به تثبیت فتوسنتز و فرایندهای متابولیسمی در این شرایط کمک شایانی می‌نماید. گزارش داده شده است که قارچ P. indica از طریق برخی انتقالدهندههای هگزوزی، جذب کربوهیدراتها را افزایش میدهد. در رابطه همزیستی، کربوهیدرات بهایی است که گیاه در ازای فسفات عرضه شده توسط قارچ پرداخت میکند (رانی و همکاران 2016).
اسید آمینه پرولین فراوان ترین متابولیتی است که در بسیاری از گونههای گیاهی تحت تنش‌های غیر زیستی مانند فلزات سنگین تجمع می‌یابد (زابادوس و ساوور 2010). افزایش پرولین نوعی مکانیسم دفاعی است که باعث سازش بیشتر سلول با شرایط تنش و حفاظت از آنزیم‌هاى سیتوزول و ساختارهاى سلولى مى‌شود (وانگ و همکاران 2008). در پژوهش حاضر نیز گیاه تربچه به منظور دفاع در برابر تنش حاصل از فلز سنگین سرب، میزان پرولین آزاد را افزایش داد. به نظر می‌رسد افزایش میزان پرولین از طریق تجزیه پروتئین‌ها در برگهای بالغ و یا سنتز پرولین در کلروپلاست‌ها باشد (کرس و هاره 1997).
تاثیر قارچ بر محتوای پرولین گیاهان تلقیحشده توسط پژوهشگران مختلف گزارش شده است (قبولی 2014 و شهابیوند و همکاران 2017). گزارش شده است که قارچ P.indica از راههای مختلف نظیر افزایش سطوح آنزیمهای آنتیاکسیدانتها، اسمولیتها (به‌خصوص پرولین) و حفظ رنگیزههای کلروفیلی موجب افزایش تحمل به تنش در گیاه میزبان میگردد (زارع و همکاران 2012).
گیاه با تجمع پرولین، افزایش ذخیره‌سازی کربوهیدراتها و پروتئین‌سازی میتواند در برابر تنش مقاومت کند (هونگ 2000). کاهش اولیه محتوای پروتئین میتواند به علت کاهش در سنتز بعضی پروتئین‌ها و یا احتمـالاً افـزایش فعالیت آنزیمهای پروتئولیتیک باشد (پاندا و خان 2003). مشاهده شده است که تحت شرایط تـنش، گونههای اکسیژن فعال (ROSها) می‌توانند با صدمه زدن به پروتئوم گیاه باعث نابودی شمار زیادی از پروتئین‌های گیاه شوند (تورگات و همکاران 2004). همچنین فلزات سنگین با اختلال در فرآیند تثبیت نیتروژن از طریق مهار فعالیت‌های آنزیم‌هایی ماننـد گلوتامین سینتاز، گلوتامات سینتاز و نیترات ردوکتاز و فرآیند احیاء نیترات سبب کاهش تولید پروتئین شده و رشد را متوقف می‌کنند (پاندا و خان 2003). بر اساس نتایج پژوهشگران، تیمارهای مختلف قارچ P. indica بر میزان پروتئین سنبل‌الطیب تاثیر معنیداری داشتند؛ بطوریکه هم در شرایط تنش و هم در شرایط نرمال، میزان پروتئین در گیاهان تلقیحشده به طور معنیداری بالاتر بود (لرستانی و همکاران 2018). باقری و همکاران (2013) نیز گزارش کردند که تیمار گیاهان برنج با قارچ P. indica باعث افزایش میزان پروتئین کل محلول میگردد.
نتیجه‌گیری کلی
مطالعه حاضر با هدف ارزیابی اثرات سمیت القاء‌شده توسط فلزات سنگین روی، سرب و نیکل و به‌سازی این اثرات از طریق کلینزاسیون قارچ P. indica در گیاه تربچه انجام گردید. نتایج نشان داد که فلزات سنگین روی بسیاری از صفات اندازه گیری‌شده تاثیر منفی داشتند؛ از طرفی تلقیح گیاهان با اسپور و میسلیوم قارچ سبب بهبود برخی از صفات بررسیشده گردیده است؛ بطوریکه افزایش معنیدار در سطح پرولین، کربوهیدرات و پروتئین در گیاهان تلقیح شده با قارچ
P. indica مشاهده شد. علاوه بر بهبود پارامترهای حفاظتی، قارچ میزان نشت یونی ناشی از پراکسیداسیون لیپیدها را نیز پائین آورد. همچنین نتایج مقایسه اسپور و میسیلیوم قارچ نشان داد که هر دو مایه تلقیح (اینوکولوم) نتایج مثبتی بر صفات اندازهگیریشده دارند، بطوریکه میزان برخی صفات مانند رنگیزههای فتوسنتزی در گیاهان تلقیحشده با اسپور و برخی دیگر از صفات مانند کربوهیدرات کل محلول و پرولین در گیاهان تلقیحشده با میسیلیوم قارچ بالاتر بود؛ اما با توجه به سهولت بیشتر تهیه میسیلیوم نسبت به اسپور، استفاده از آن در مطالعات آتی توصیه میگردد. در مجموع نتایج بدست آمده با توجه به افزایش آلودگی خاک‌های زراعی و غیر زراعی به فلزات سنگین حائز اهمیت است و نشان میدهد در آینده استفاده از اندوفیتهایی نظیر P. indica میتواند نقش مهمی در مقابله با اثرات محدود‌کننده و مضر فلزات سنگین بازی کند؛ البته نیاز است که با پژوهش‌های بیشتر و بهینه‌سازی کلنیزاسیون ریشه، این امکان را عملی نمود.
سپاسگزاری
بدینوسیله از حمایتهای مالی دانشگاه ملایر جهت انجام این پژوهش قدردانی میگردد.
)
