Document Type : Research Paper
Authors
Abstract
Keywords
مقدمه
پیچیده ترین تنش در گیاهان، تنش ناشی از فلزات سنگین است. در این میان، کادمیوم با ایجاد گونه‌های مختلف اکسیژن فعال در فیزیولوژی، مورفولوژی و بیوشیمیایی گیاهان اختلال ایجاد می‌کند و بدین طریق بر رشد گیاهان نیز اثرگذار هست (جیا و همکاران، 2016 و دیاس و همکاران 2013). جذب سریع و نیز دوام بیولوژیکی بالای کادمیوم موجب شده اثرات سوء کادمیوم 20 برابر سایر فلزات سنگین باشد (نوریان آزاد و کفیل زاده 2010). از اصلی ترین اثرات سو ورود کادمیوم به محیط زیست گیاه، کاهش عملکرد گیاهان می باشد (آلن و همکاران 2003). علاوه بر این سمیت کادمیوم بر گیاهان موجب تغییر در میزان پرولین و گونه‌های اکسیژن فعال می‌گردد. در واقع افزایش میزان گونه‌های فعال اکسیژن مکانیسم اصلی سمیت فلزات سنگین میباشد (کلانتری و علومی 2005). اکسیژن فعال بر روی ترکیبات حیاتی نظیر پروتئین و اسیدهای نوکلئیک اثر می‌گذارد و گیاهان در مواجه با تنش و از بین بردن رادیکالهای آزاد شروع به افزایش سنتز ترکیباتی نظیر پرولین می‌کنند که از طریق افزایش پتانسیل اسمزی، نقش حمایتی از ساختار سلول و سایر پروتئین‌ها را ایفا می‌کنند )زمانی و همکاران 2014 و اوزترک و همکاران 2012). مطالعه پژوهش‌های انجام شده حاکی از حساس بودن پروتئین‌ها در برابر تنش است، زیرا واحدهای سازنده آنها یا اسیدهای آمینه با گونه‌های فعال اکسیژن واکنش نشان می‌دهند. به عنوان مثال متیونین به سولفوکسید متیونین تبدیل می‌شود و مقدار سنتز لایزین نیز به عنوان اسیدآمینه ضروری تحت تاثیر تنش قرار می‌گیرد (علی رضایی و همکاران 2012). آنزیم‌ها نیز چون ساختار پروتئینی دارند و از جمله روشهای گیاهان برای مقابله با سمیت گونه‌های فعال اکسیژن روشهای آنزیمی است لذا میزان آنزیمهای آنتی اکسیدانت نیز متاثر از تنش خواهد بود و از مهمترین آنزیمهای دخیل در سم‌زدایی حاصل از تنش می‌توان به سوپراکسید دیسموتاز، پراکسیداز، کاتالاز و پلیفنلاکسیداز اشاره نمود (کیم و تای 2011). در اثر تنش غشای سلولی آسیب می‌بیند و تراوایی و نفوذپذیری انتخابی‌اش متاثر می‌شود. افزایش قندهای محلول (به دلیل نقش دوگانه آنها هم به عنوان منبع انرژی درفرایندهای بیوسنتزی و هم تنظیم‌کننده اسمزی) در اثر تنش فلزات سنگین موجب ﭘﺎﻳـﺪاری ﺳـﺎﺧﺘﺎر غشا با ﺣﻔﻆ ﺳـﻴﺎﻟﻴﺖ ﻏﺸـﺎﻫﺎ و ﺣﺎﻟـﺖ ﻫﻴﺪراﺗﻪ ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦﻫﺎ می‌گردد (قربانلی و نیاکان ۲۰۰۵). گذشته از این اهمیت ترکیبات تنظیم‌کننده اسمزی نظیر قندهای محلول، اسیدهای آمینه و متابولیت‌هایی با وزن مولکولی پایین علاوه بر نقش تنظیم‌کنندگی‌شان اینست که انباشت بالای این ترکیبات برای سلول‌ها نیز غیرسمی میباشد (چاپارزاده و همکاران ۲۰۱۵ و سلیمانی و پیرزاد ۲۰۱۵).
در سالهای اخیر به منظور افزایش بردباری
گیاهان به فلزات سنگین توانمندی ریزجانداران
و باکتری‌های افزاینده رشد گیاه (PGPR) ( (Plant Growth Promoting Rhizobacteriaمورد توجه قرار گرفته است. PGPR با تولید ویتامین‌ها، اسیدهای آمینه، انحلال فسفات‌های نامحلول و تشکیل کمپلکس سیدرفور–آهن، رشد و عملکرد گیاهان را بهبود می‌بخشند (زانگ و همکاران ۲۰۱۴، زو و همکاران ۲۰۱۴ و ما و همکاران ۲۰۱۵). علاوه بر این PGPRبه طور مستقیم و غیرمستقیم از طریق سازوکارهای مختلف جهت تعدیل و تنظیم پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان موجب افزایش تحمل و به تبع آن بقای گیاهان در مقابل تنش‌ها می‌گردند (ماراسکو و همکاران ۲۰۱۲ و کسیم و همکاران ۲۰۱۳).
لذا ﻫﺪف از اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺄﺛﯿﺮ PGPRدر ﺟﺬب ﮐﺎدﻣﯿﻢ در گندم و تاثیر آنزیمهای آنتی‌اکسیدانت پراکسیداز، کاتالاز و پلیفنلاکسیداز و در نتیجه اثر آن بر عملکرد دانه و تعدادی از صفات زراعی در محیط ﮔﻠﺨﺎﻧﻪ ﺑﻮد.
مواد و روش‌ها
آزمایش بصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار در گلخانه دانشگاه محقق اردبیلی در سال 1397 اجرا گردید. روش کشت به صورت هیدروپونیک در محیط بسته (Close) بوده‌است(تیمارها و تکرارهای مربوط به هر تیمار در گلدان‌های مجزایی اعمال شده بودند و ارتباطی با هم نداشتند). فاکتورها عبارت بودند از: دو رقم گندم نان گنبد و کریم (به ترتیب ارقام حساس و مقاوم)، تیمار با کلریدکادمیوم ( (CdCl2H2O(4 سطح؛ 0، 75، 150 و 300 میکرومولار) ( کامران و همکاران، 2015 و عمو آقایی و همکاران 2012) و باکتری شامل سه سطح شاهد، ازتوباکتر کروکوکوم و سودوموناس پوتیدا. در مجموع 24 تیمار در سه تکرار در چهار مرحله زمانی 24 ساعت، 48 ساعت، 72 ساعت و مرحله ساقهدهی مورد ارزیابی قرار گرفت. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین برای هر مرحله زمانی به صورت مجزا انجام شد.
نحوه تلقیح بذرها: به منظور تلقیح بذر (رقم گنبد و رقم کریم) ابتدا بذور به مدت 12 ساعت در آب، بعد از شستشو با آب مقطر قرار داده شد. سپس به میزان 10 گرم مایه تلقیح ؛ به ترتیب باکتری ازتوباکتر کروکوکوم و سودوموناس پوتیدا که از موسسه تحقیقات آب و خاک کشور تهیه شده بودند و هر میلی‌لیتر از مایه تلقیح دارای 107 عدد باکتری زنده بود به توده بذری اضافه و در ادامه اقدام به افزایش رطوبت بذرها در آزمایشگاه گردید. بعد از گذشت 48 ساعت برای انجام آزمون بایوپرایمینگ( پیش تیمار زیستی) آماده شدند. پس از گذشت زمان مورد نظر، 20 عدد بذر درون هر گلدان کشت شد. آبیاری گلدانها با استفاده از محلول هوگلند و آرنون (1950) با pH مناسب 5/5 برای جذب کادمیوم انجام شد. آبیاری گیاه در مرحله 3برگچه‌ای با کادمیوم انجام شد( تیمار کادمیوم به همراه محلول هوگلند که برای آبیاری گلدانها استفاده می‌شد اعمال شد). به منظور اندازه‌گیری صفات پرولین، قندهای محلول، لایزین، متیونین و آنزیمهای کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز نمونه‌برداری در چهار بازه زمانی 24، 48، 72 ساعت و نیز مرحله ساقهدهی پس از محلول‌پاشی با تیمارکلریدکادمیوم از نمونه‌های شاهد و تیماری انجام گردید. در مرحله نمونه‌برداری، گیاهچه‌های شاهد و تیمار به طور جداگانه نمونه‌برداری شدند و نمونه‌ها بلافاصله به داخل یخ و بعد به فریزر منفی 70 انتقال یافتند.
ماده خشک بوته و عملکرد: به منظور اندازه‌گیری وزن خشک بوته بعد ازظهور علایم فاز زایشی، سه بوته از هرگلدان برداشت شد و به مدت 48 ساعت در آون با دمای 75 درجه سانتیگراد خشک شدند و سپس به وسیله ترازوی 01/0گرم توزین شدند. به منظور اندازه‌گیری عملکرد دانه، پس از رسیدگی کامل بوته‌ها ده بوته به طور تصادفی انتخاب و بوته‌های موجود کف‌بر شدند و به آزمایشگاه انتقال یافتند. پس از خشک کردن بوته‌ها در هوای آزاد، دانه‌ها از کاه جدا گردید و عملکرد دانه از طریق تعداد دانه در سـنبله و وزن دانـه در سنبله (به صورت تصادفی) برحسب میلی‌گرم بدست آمد.
سنجش مقدار کادمیوم جذب شده در ریشه ، ساقه و دانه: ابتدا نمونه‌های ریشه و ساقه و نیز دانه‌ها با آب معمولی سپس آب به همراه مایع ظرفشویی و نهایتا آب مقطر شسته شده و سپس بر روی کاغذ منتقل شدند تا رطوبت اضافی آنها گرفته شود. بعد از این عمل نمونه‌ها به داخل کوره الکتریکی به مدت دوساعت با دمای 550 درجه سانتیگراد منتقل شدند و خاکستر شدند سپس خاکسترهای حاصل وزن شدند و بعد از وزن کردن با ml۵ مخلوط اسید نیتریک و اسید کلریدریک به نسبت ۱ به ۲ به آرامی بر روی هات‌پلیت هضم شدند نمونه‌های هضم شده در ml۲ اسید کلریدریک ۱۰٪ حل و به حجم ml۲۰ رسانیده شدند و نهایتا در دستگاه جذب اتمی میزان کادمیوم اندازه‌گیری شد.
سنجش مقدار پرولین در برگ: استخراج پرولین از جوانترین برگ‌ها با استفاده از روش باتیس و همکاران (1973) صورت گرفت. ترکیبات و نحوه تهیه محلول‌های لازم برای سنجش مقدار پرولین با دستگاه اسپکترومتری شامل مراحل زیر بود.
مقدار g1/0 بافت برگی در ml 10 سولفوسالیسیلیک اسید 3/3 % سائیده و همگنای حاصل از کاغذ صافی عبور داده شد. محلول بدست آمده با سرعت rpm 4000 در دمای °C 4 به مدت min 10 سانتریفیوژ گردید و در لوله جداگانه دیگری، به ml2 از عصاره حاصل،ml 2 معرف ناین هیدرین و ml2 اسید اسیتیک گلاسیال خالص اضافه گردید. لوله‌ها به مدت h 1در بن‌ماری قرارگرفتند و پس از اضافه کردنml 4 تولوئن به هر کدام از لوله‌ها، به مدت 15 تا 20 ثانیه ورتکس گردیدند. پس از تشکیل دو فاز جداگانه، فاز بالایی رنگی، با دقت جدا و در دستگاه اسپکتروفتومتری با طول موج nm 520 اندازه‌گیری بعمل آمد.
سنجش غلظت لایزین و متیونین: 5/0گرم نمونه برگی در هاون به همراه 50 میلی‌لیتر اسید هیدروکلریدریک 1/0 درصد خوب سائیده و با آب مقطر به حجم 100میلی‌لیتر رسانده شد. جهت استخراج لایزین 1 میلی‌لیتر از محلول بالا با10 میلی‌لیتر گلیسرول (50%)، با 2 میلی‌لیتر بافر فسفات (36/5% NaH2PO42PO4 17/0 % ،6pH=) و1 میلی‌لیتر ناین هیدرین (5/0 % ناین هیدرین، 5/26 %کلرید‌سدیم و 10 %سدیم هیدروکسید 1/0 نرمال) مخلوط، سپس به مدت 30 دقیقه در آب جوش 100 درجه سانتیگراد قرار داده شد و بعد به حمام یخ منتقل گردید و در دمای محیط خنک شد. محلول را با آب به حجم 250 میلی‌لیتر رسانده و پس از 15 دقیقه میزان جذب آن در دستگاه اسپکتروفتومتری با طول موج 570 نانومتر قرائت شد (لوساک و همکاران 2010).
سنجش قندهای محلول کل: قندهای محلول کل با روش آنترون ارزیابی شدند (برای اندازه‌گیری قند کل، 2/0 میلی‌لیتر از عصارة تغلیظ‌شده، با 3 میلی‌لیتر معرف آنترون (150 میلی‌گرم آنترون در 100 میلی‌لیتر سولفوریک اسید 13 مولار) مخلوط شد و به‌‌مدت 20 دقیقه در حمام آب گرم با دمای 100 درجة سانتیگراد قرار گرفت. پس از سرد‌شدن نمونه‌ها، میزان جذب هر یک از آنها در طول موج 620 نانومتر اندازه‌گیری شد. میزان قندهای محلول کل با منحنی استاندارد گلوکز محاسبه شد(ام سی کریدای 1950).
سنجش فعالیت آنزیم پراکسیداز: به منظور استخراج آنزیم پراکسیداز با روش مک آدام و همکاران (1992)، 1/0 گرم نمونه گیاهی با استفاده از هاون چینی سرد و 1 میلی‌لیتر بافر استخراج ( 3 میلی‌لیتر بافر فسفات 100 میلی‌مولار، 50 میکرولیتر تتراگوایاکول200میلی‌مولار و40 میکرولیتر محلول 30 میلی‌مولار آب اکسیژنه باهم مخلوط گردید). در دمای4 درجه سانتیگراد هموژن گردید. هموژن تهیه شده پس از انتقال به میکروتیوب با سرعت rpm12000 به مدت 15 دقیقه در دمای4 درجه سانتیگراد سانتریفیوژ گردید. جهت پیشگیری از تخریب پروتئین آنزیمی، تا زمان اندازه‌گیری آنزیم نمونه‌های سانتریفیوژ شده در دمای 20- درجه سانتیگراد نگهداری شدند. سپس، 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی به آن اضافه شد و 5 دقیقه بعد از شروع واکنش در دمای آزمایشگاه جذب در طول موج 470 نانومتر با استفاده از اسپکتوفتومر اندازه‌گیری شد. اعداد مربوط به جذب بر عدد ضریب خاموشی تتراگوایاکول (6/26) تقسیم شد و فعالیت ویژه آنزیم پراکسیداز بر اساس میکرومول تتراگوایاکول تولید شده در دقیقه بیان شد.
سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز: به منظور اندازه‌گیری فعالیت آنزیم کاتالاز با روش ابی (1984)، همانند آنزیم پراکسیداز بود؛ با این تفاوت که برای آنزیم کاتالاز در بافر استخراج ازKCl و تتراگوایاکول استفاده نشد. ابتدا دستگاه اسپکتروفتومتر روی طول موج 240 نانومتر تنظیم شد. بافر استخراج شامل 3000 میکرولیتر بافر فسفات پتاسیم100میلی‌مولار با اسیدیته 7 و 40 میکرولیتر محلول هیدروژن‌پراکسید (30 میلی‌مولار) در سل کوارتزی ریخته شدند. سل حاوی این دو ماده در دستگاه قرار گرفته و از آن به عنوان شاهد برای کالیبره کردن دستگاه استفاده شد. سپس، 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی به آن اضافه و بعد از 5 دقیقه از شروع واکنش در دمای آزمایشگاه، جذب در طول موج 240 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری شد. اعداد مربوط به جذب بر عدد ضریب خاموشی پراکسید هیدروژن 4/39 تقسیم شد و فعالیت ویژه آنزیم کاتالاز بر اساس میکرومول H2O2 تولیدشده در دقیقه بیان شد.
سنجش فعالیت آنزیم پلیفنلاکسیداز: پس از آماده‌سازی عصاره پروتئینی(1/0 گرم نمونه گیاهی با استفاده از هاون چینی سرد و 1 میلی‌لیتر بافر استخراج در دمای4 درجه سانتیگراد هموژن گردید ) فعالیت سینتیکی آنزیم پلیفنلاکسیداز با روش کار و میشرا (1976) بررسی شد. برای این منظور 5/0 میلی‌لیتر بافرتریس با 1/1 میلی‌لیتر پیروگالل و 0/1 میلی‌لیتر عصاره آنزیمی خوب مخلوط و به مدت 5 دقیقه در بن‌ماری 95 درجه سانتیگراد قرار گرفت، منحنی تغییرات جذب در طول موج 191 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر قرائت شد. سرانجام فعالیت آنزیمی بر حسب تغییرات واحد جذب در دقیقه به ازای هر میلی‌گرم پروتئین محاسبه گردید.
روش ﻫﺎی آﻣﺎری ﺗﺠﺰﻳﻪ و ﺗﺤﻠﻴﻞ: اﻳﻦ آزﻣﺎﻳﺶ به صورت ﻓﺎﻛﺘﻮرﻳﻞ ﺑﺮ ﭘﺎﻳﻪ ﻃﺮح ﻛﺎﻣﻼ ﺗﺼﺎدﻓﻲ ﺑﺎ ﺳﻪ ﺗﻜﺮار ﺑﻪ ازای ﻫﺮ ﺗﻴﻤﺎر اﻧﺠﺎم ﺷﺪ. آﻧﺎﻟﻴﺰ وارﻳﺎﻧﺲ و ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻣﻴﺎﻧﮕﻴﻦ ﺗﻴﻤﺎرﻫﺎ ﺑﺎ ﻧﺮماﻓﺰار SAS (Ver. 9.1) انجام شد. میانگین اﺛﺮات ﺳﺎده و اﺛﺮات ﻣﺘﻘﺎﺑﻞ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از آزﻣﻮنLSD در ﺳﻄﺢ اﺣﺘﻤﺎل ﭘﻨﺞ درﺻﺪ ﺑﺎ ﻫﻢ ﻣﻮرد ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻗﺮارﮔﺮﻓﺘﻨﺪ و ﻧﻤﻮدارﻫﺎ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ Excel ﺗﺮﺳﻴﻢ ﺷﺪﻧﺪ.
نتایج و بحث
عملکرد دانه، وزن خشک ساقه، وزن‌هزار دانه و تعداد دانه در سنبله: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که از بین اثرات اصلی اثر کادمیوم بر روی وزن هزار دانه در سطح پنج درصد و در سایر صفات در سطح یک درصد معنی‌دار شد (جدول 1). اثر باکتری بر وزن خشک ساقه و عملکرد دانه در سطح یک درصد و بر وزن هزار دانه در سطح پنج درصد معنی‌دار بود. عملکرد دانه و وزن هزار دانه تحت تاثیر ژنوتیپ در سطح یک درصد معنی‌دار بود. داده‌های حاصل از مقایسه میانگین حاکی از برتری رقم کریم نسبت به رقم گنبد است. میانگین وزن خشک ساقه رقم کریم29/1 گرم و رقم گنبد 26/1 گرم، میانگین عملکرد دانه رقم کریم 5/195میلی‌گرم در بوته و رقم گنبد 150 میلی‌گرم در بوته، میانگین وزن هزار دانه رقم کریم 22/30 میلی‌گرم و رقم گنبد 88/21 میلی‌گرم و میانگین تعداد دانه در سنبله رقم کریم 85/16 و رقم گنبد 52/16 است. درحضور ازتوباکتر بیشینه تمام صفات مذکورمشاهده گردید (جدول2). بررسی نتایج حاصل از اثر کادمیوم بر روی عملکرد دانه، وزن خشک ساقه، وزن هزار دانه و تعداد دانه در سنبله بیشینه میزان صفات را در شاهد و کمینه را در بالاترین غلظت کادمیوم نشان داد (جدول2). ﻛﺎﻫﺶ وزن ﺧﺸﻚ اﻧﺪام ﻫﻮاﻳﻲ در ﺣﻀﻮر ﻛﺎدﻣﻴﻮم در ارﻗﺎم ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺮﻧﺞ (لیو وهمکاران 2010) و ذرت لاگریفول و همکاران (1998) نیزﮔﺰارش ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺗﻮﻗﻒ رﺷﺪ ﻧﺎﺷﻲ از ﻛﺎدﻣﻴﻮم ﻣﺮﺑﻮط به اﻳﺠﺎد اﺧﺘﻼﻻت تغذیه‌ای و ﺑﺮﻫﻢ زدن ﺗﻌﺎدل آﺑﻲ ﮔﻴﺎه و نیز اﺛﺮات ﺑﺎزدارﻧﺪﮔﻲ اﻳﻦ ﻋﻨﺼﺮ ﺑﺮ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﺳﻠﻮﻟﻲ و ﻛﺎﻫﺶ ﺳﺮﻋﺖ اﺗﺴﺎع ﺳﻠﻮلﻫﺎ است ( کاباتاپندایس و پندایس 2001 ). در بررسی اثرات متقابل مشخص شد که فقط اثر باکتری×ژنوتیپ در مورد وزن خشک ساقه و تعداد دانه در سنبله اختلاف معنی‌دار داشت در مورد وزن خشک ساقه ازتوباکتر بیشتر از سودوموناس بر روی رقم کریم موثر بوده است و تعداد دانه در سنبله رقم کریم در حضور باکتریها نسبت به شاهد افزایش بیشتری نشان داد. این امر احتمالا به دلیل مقاومت بالاتر رقم کریم در مقابل سمیت کادمیوم می باشد و نیز احتمالا به دلیل کارایی بیشتر آنزیمهای چرخه کربن این رقم میباشد (جوادزرین و همکاران 2017).
|
جدول 1- نتایج تجزیه واریانس وزن خشک، عملکرد، وزن هزار دانه و تعداد دانه تحت تنش کلریدکادمیوم و تلقیح باکتری‌های افزاینده رشد |
|||||
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||
|
وزن خشک ساقه |
عملکرددانه |
وزن صددانه |
تعداد دانه در سنبله |
||
|
ژنوتیپ(G) |
1 |
122/0ns |
**5/37264 |
**0/1250 |
872/1 ns |
|
باکتری(B) |
2 |
**487/0 |
**5/10969 |
*18/46 |
232/3 ns |
|
کادمیوم(C) |
3 |
**579/0 |
**2/20621 |
**25/108 |
*276/11 |
|
G×B |
2 |
**456/0 |
ns 04/2488 |
ns 291/31 |
*881/10 |
|
G×C |
3 |
ns023/0 |
ns 05/2821 |
ns 77/20 |
295/2ns |
|
B×C |
6 |
ns043/0 |
ns 43/683 |
ns 717/6 |
437/0ns |
|
G×B×C |
6 |
ns009/0 |
ns 37/463 |
ns 236/8 |
135/0ns |
|
خطا |
48 |
043/0 |
0/1557 |
29/11 |
011/3 |
|
ضریب تغییرات(%) |
- |
16/21 |
84/22 |
89/12 |
93/25 |
** معنی‌داری در سطح یک درصد، * معنی‌داری در سطح پنج درصد و ns غیرمعنیدار می باشد.
جدول 2- نتایج مقایسه میانگین وزن خشک، عملکرد، وزن هزار دانه و تعداد دانه تحت تنش کلریدکادمیوم و
تلقیح باکتری‌های افزاینده رشد
|
تیمارها |
وزن خشک ساقه ((g |
عملکرد دانه ( mg.plant-1) |
وزن هزار دانه (mg) |
تعداد دانه |
|
|
باکتری |
شاهد |
1/1913a |
148/7083b |
24/4583b |
16/2842a |
|
ازتوباکتر |
1/4454a |
189/625a |
26/9583a |
16/9975a |
|
|
سودوموناس |
1/2067b |
179/9167a |
26/75a |
16/7904a |
|
|
رقم |
کریم |
1/2942a |
195/5a |
30/2222a |
16/8294a |
|
گنبد |
1/2681a |
150b |
21/8889b |
16/5519a |
|
|
کادمیوم |
0 |
1/4656a |
195a |
28/6111a |
16/9444a |
|
75 |
1/3661ab |
193/3889a |
26/6667ab |
17/3928a |
|
|
150 |
1/2439b |
179/5556a |
26/2222b |
16/8706a |
|
|
300 |
1/0489c |
123/0556b |
22/7222c |
15/555b |
|
حروف متفاوت در هر ستون نشاندهنده اختلاف معنی دار توسط آزمون LSD در سطح 5 درصد می باشد
جدول 3- مقایسه میانگین برهم کنش باکتری × ژنوتیپ برای وزن خشک ساقه
و تعداد دانه در سنبله
|
رقم |
باکتری |
وزن خشک ساقه(g) |
تعداد دانه در سنبله |
||
|
کریم |
شاهد |
078/1 c |
351/15 b |
||
|
|
|
ازتوباکتر |
605/1 a |
136/17 a |
|
|
|
سودوموناس |
198/1 bc |
100/17 a |
||
|
گنبد |
شاهد |
304/1 b |
216/17 a |
||
|
|
|
ازتوباکتر |
285/1 b |
858/16 a |
|
|
|
سودوموناس |
215/1 bc |
480/16 ab |
||
حروف متفاوت در هر ستون نشاندهنده اختلاف معنی‌دار توسط آزمون LSD در سطح 5 درصد میباشد
جذب اتمی کادمیوم
نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان داد اثرات متقابل سه گانه رقم×باکتری×کادمیوم در مورد میزان کادمیوم جذب شده در ریشه، ساقه و نیز دانه در سطح یک درصد معنی‌دار بود (جدول4) در هر سه صفت مذکور حضور باکتریها منجر به کاهش معنی‌دار( در سطح یک درصد) غلظت کادمیوم گشت به عبارت دیگر از ریشه تا دانه انباشت کادمیوم در حضور باکتریها کاهش یافت.این نتایج با کارهای لیو و همکاران 2003 مطابقت دارد در هر دو رقم با افزایش غلظت کادمیوم میزان انباشت کادمیوم در ریشه، ساقه و دانه بیشتر گشت. طوریکه بیشترین غلظت کادمیوم اندازه‌گیری شده در هر سه صفت از تیمار کنترل (شاهد) با غلظت ماکزیموم کادمیوم ( 300 میکرومولار کادمیوم) بدست آمد با بررسی مقایسه میانگین انباشت کادمیوم در ساقه و دانه مشخص شد رقم کریم در حضور ازتوباکتر و سودوموناس کمترین میزان انباشت کادمیوم در ساقه و دانه را نسبت به رقم گنبد نشان داد و نتایج بدست آمده در حد استاندارد جهانی(06/0 میلی‌گرم در کیلوگرم) بود(راست منش و همکاران، 1394) و لذا مصارف انسانی و دامی آن مشکل‌ساز نخواهد بود. باکتریها با ترشح سیدرفور و معدنی کردن ( غیر‌متحرک کردن فلزات سنگین) با تشکیل سولفیدهای غیرمحلول مانع از انتقال فلزات سنگین از ریشه به ساقه می‌گردند(جهانبخشی و همکاران، 2014). کاهش مقدار کادمیوم از ساقه به دانه طبق یافته‌های سیدشریفی(1392) به دلیل کاهش قدرت مخزن (فعالیت مخزن × اندازه آن= قدرت مخزن) نسبت به منبع با تامین نیتروژن توسط باکتری های محرک رشد میباشد. چرا که در شرایط کمبود نیتروژن به دلیل روابط فیزیولوژیکی بین منبع و مخزن ، قدرت مخزن بیشتر از منبع می‌گردد(سیدشریفی و حیدری، 2015) و ازتوباکتر با فراهم نمودن نیتروژن قدرت مخزن را کاهش داده لذا کادمیوم کمتری در دانه تجمع می‌یابد.
جدول4- نتایج تجزیه واریانس وزن میزان کادمیوم جذب شده در ریشه، ساقه و دانه تحت
تنش کلریدکادمیوم و اثر باکتری‌های افزاینده رشد
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||||
|
کادمیوم ریشه |
کادمیوم ساقه |
کادمیوم دانه |
|
||||
|
ژنوتیپ(G) |
1 |
**09/2 |
*027/0 |
ns 022/0 |
|
||
|
باکتری(B) |
2 |
**74/21 |
**48/2 |
**38/2 |
|
||
|
کادمیوم(C) |
3 |
**72/11 |
**58/0 |
**62/0 |
|
||
|
G×B |
2 |
**70/7 |
**16/0 |
**14/0 |
|
||
|
G×C |
3 |
**78/0 |
ns 012/0 |
ns 014/0 |
|
||
|
B×C |
6 |
**06/5 |
**35/0 |
**37/0 |
|
||
|
G×B×C |
6 |
**61/1 |
**021/0 |
**02/0 |
|
||
|
خطا |
48 |
027/0 |
005/0 |
003/0 |
|
||
|
ضریب تغییرات(%) |
- |
16/0 |
071/0 |
30/21 |
|
||
** معنی‌داری در سطح یک درصد، * معنی‌داری در سطح پنج درصد و ns غیرمعنیدار می باشد.
جدول 5- نتایج مقایسه میانگین ترکیبات تیماری جذب شده در ریشه، ساقه و دانه تحت تنش کلریدکادمیوم
و اثر باکتری‌های افزاینده رشد
|
تیمارها |
کادمیوم ریشه (mg.kg-1) |
کادمیوم ساقه (mg.kg-1)
|
|
کادمیوم دانه (mg.kg-1) |
|
|
باکتری |
شاهد |
11/2 a |
64/0 a |
|
62/0 a |
|
ازتوباکتر |
42/0 b |
08/0 b |
|
05/0 b |
|
|
سودوموناس |
50/0 b |
10/0 b |
|
09/0 b |
|
|
رقم |
کریم |
18/1 a |
25/0 b |
|
22/0a |
|
گنبد |
84/0 b |
29/0 a |
|
25/0a |
|
|
کادمیوم |
صفر |
17/0d |
09/0d |
|
07/0d |
|
75 |
60/0c |
18/0c |
|
15/0 c |
|
|
150 |
23/1b |
33/0b |
|
30/0 b |
|
|
300 |
03/2a |
50/0a |
|
49/0 a |
|
حروف متفاوت در هر ستون نشاندهنده اختلاف معنی‌دار توسط آزمون LSD در سطح 5 درصد میباشد
صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی
داده‌های حاصل از تجزیه واریانس قندهای محلول نشان از معنی‌داری اثرات اصلی در هر چهار زمان نمونه‌برداری شده (24، 48، 72 ساعت و مرحله ساقهدهی) با معنی‌داری یک درصد بود. اثر متقابل ژنوتیپ × باکتری در سه زمان اول نمونه‌برداری، در سطح یک درصد معنی‌دار بود. برهمکنش ژنوتیپ×کادمیوم فقط در مرحله 24 ساعت در سطح یک درصد معنی‌دار شد و اثر متقابل باکتری×کادمیوم به جز 72 ساعت که معنی‌دار نشد در بقیه موارد معنی‌داری در سطح یک درصد را نشان داد، اما اثرات متقابل سه جانبه فاکتورها در هیچ یک از زمان‌ها معنی‌دار نبود (جدول۷). قندهای محلول هر دو رقم گندم تحت تاثیر باکتریها قرار گرفتند و باکتری ازتوباکتر نسبت به سودوموناس دردو زمان نمونه‌برداری اول (مقدار 71/0 میلی‌گرم درگرم در رقم کریم) و زمان سوم نمونه‌برداری ( 57/0 میلی‌گرم درگرم در رقم گنبد) از برتری برخوردار بود و در مرحله ساقهدهی نیز بین دو رقم اختلاف معنی‌داری مشاهده نشد. در دو زمان اول و دوم نمونه‌برداری (24 ساعت و 48 ساعت) برتری ازتوباکتر (به ترتیب با مقادیر 73/0 و 57/0 میلی گرم در گرم) با غلظت 150 میکرومولارکادمیوم بدست آمد و با افزایش غلظت کادمیوم مقادیر قندهای محلول نیز افزایش نشان داد و کمترین مقدار قندهای محلول مربوط به شاهد بود (جدول۸).
اثر متقابل رقم×کادمیوم برای قندهای محلول در 24 ساعت نشان داد با افزایش غلظت کادمیوم (0، 75، 150 و 300 میکرومولار) در رقم کریم ( به ترتیب 43/0، 64/0، 66/0، 76/0 میلی‌گرم در گرم) و رقم گنبد ( به ترتیب 46/0، 50/0، 63/0، 59/0 میلی‌گرم درگرم) میزان قندهای محلول نیز افزایش یافت به جز غلظت 300 میکرومولار کادمیوم در رقم گنبد که با افزایش غلظت کادمیوم میزان قند محلول (59/0 میلی‌گرم درگرم) کاهش یافت (شکل 1).
جدول6- مقایسه میانگین اثر متقابل رقم×باکتری×کادمیوم برای میزان کادمیوم جذب شده در ریشه، ساقه
و دانه هر دو رقم کریم و گنبد
|
تیمارها |
|
کادمیوم ریشه (mg.kg-1) |
کادمیوم ساقه (mg.kg-1) |
کادمیوم دانه (mg.kg-1) |
|
|
رقم |
باکتری |
کادمیوم ( میکرومولار) |
|||
|
کریم |
شاهد
|
0 |
29/0i-l |
17/0e-h |
11/0ef |
|
75 |
40/1d |
54/0d |
51/0d |
||
|
150 |
71/3b |
79/0c |
74/0d |
||
|
300 |
32/6a |
38/1a |
38/1a |
||
|
ازتوباکتر |
0 |
06/0l |
01/0j |
01/0g |
|
|
75 |
26/0j-l |
01/0j |
13/0g |
||
|
150 |
40/0h-k |
02/0ij |
14/0g |
||
|
300 |
47/0h-j |
04/0ij |
15/0g |
||
|
سودوموناس |
0 |
07/0l |
01/0j |
01/0g |
|
|
75 |
24/0j-l |
02/0ij |
01/0g |
||
|
150 |
37/0h-k |
03/0ij |
01/0g |
||
|
300 |
56/0g-i |
03/0ij |
01/0g |
||
|
گنبد |
شاهد
|
0 |
22/0j-l |
13/0f-i |
12/0ef |
|
75 |
80/0fg |
29/0e |
26/0e |
||
|
150 |
40/1d |
82/0c |
75/0c |
||
|
300 |
71/2c |
04/1b |
05/1b |
||
|
ازتوباکتر |
0 |
19/0kl |
08/0h-j |
02/0g |
|
|
75 |
43/0h-k |
09/0g-j |
02/0g |
||
|
150 |
59/0gh |
12/0f-j |
08/0fg |
||
|
300 |
94/0ef |
24/0ef |
25/0e |
||
|
سودوموناس |
0 |
19/0kl |
12/0f-j |
12/0ef |
|
|
75 |
48/0h-j |
11/0f-j |
12/0ef |
||
|
150 |
93/0ef |
21/0e-g |
19/0ef |
||
|
300 |
16/1de |
26/0e |
25/0e |
||
حروف متفاوت در هر ستون نشاندهنده اختلاف معنی دار توسط آزمون LSD در سطح 5 درصد می باشد
نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان داد اثرات متقابل سه گانه رقم×باکتری×کادمیوم هر چهار بازه زمانی در مورد پرولین معنی‌دار بود (جدول۷) تاثیر باکتریها بر روی تمام غلظت‌های بررسی شده کادمیوم در این پژوهش بر روی مقدار پرولین در هر چهار زمان یک اثر کاهشی بود، طوریکه بالاترین غلظت پرولین از تیمار شاهد (50/0 میکرومول برگرم) بدست آمد. نتایج تجزیه واریانس در رابطه با متیونین نشان از معنی‌داری برهمکنش سه گانه رقم×باکتری×کادمیوم در همه زمان‌ها است این معنی‌داری برای زمان 24 و 48 ساعت در سطح پنج درصد و برای زمان‌های72 ساعت و مرحله ساقهدهی در سطح یک درصد بدست آمد. حضور باکتریها مانع از افزایش مقدار متیونین در تنش حاصل از غلظت‌های مختلف کادمیوم در تمام بازه‌های زمانی بررسی شده ( 24، 48، 72 و مرحله ساقهدهی)
(a) (b)
(c)
شکل 1- تاثیر تنش کادمیوم در زمان 24ساعت(a) ، باکتریها در زمان‌های 24، 48 و72 ساعت (b) و اثرات متقابل
باکتری و کادمیوم در زمان‌های 24، 48 و ساقهدهی(c) بر قندهای محلول در دو رقم کریم و گنبد
گشت، بطوریکه بیشترین مقدار متیونین در هر دو رقم بررسی شده (کریم و گنبد) از تیمار شاهد بدست آمد ( جدول9). جدول تجزیه واریانس (جدول ۷) لایزین به عنوان یکی از صفت‌های بررسی شده در این پژوهش نشان داد هیچ کدام از اثرات متقابل تفاوت معنی‌داری نشان ندادند فقط اثرات اصلی ( باکتری و کادمیوم) در زمان های 48، 72 و مرحله ساقهدهی با معنی‌داری پنج درصد (به استثنای باکتری 48 ساعت با معنی‌داری یک درصد) اثرگذار بودند. علاوه بر این ژنوتیپ و باکتری (از اثرات اصلی اثرگذار) اولی در زمان 72 ساعت معنی‌داری پنج درصد و نیز عامل دوم در زمان 24 ساعت معنی‌داری یک درصد را نشان داد و بقیه عوامل غیرمعنیدار بودند. نتایج نشان داد درحضور باکتریها مقدار لایزین بیشتر شد طوریکه بیشترین مقدار از باکتری ازتوباکتر در زمان 24 ساعت بعد از اعمال تیمار کادمیوم (84/0 میلی‌گرم درگرم) و کمترین مقدار( 27/0میلی‌گرم درگرم) از تیمار شاهد در زمان 72 ساعت بدست آمد. درمورد رقم‌ها نیز بیشترین مقدار (90/1میلی‌گرم درگرم) از رقم کریم بدست آمد اثر کادمیوم به عنوان یکی از فاکتورهای تنش‌زا در غلظت های 75 و 150 میکرومولار نسبت به تیمار شاهد اثر افزایشی اما در غلظت 300 میکرومولار کاهشی بود. بررسی حاصل از تجزیه واریانس (جدول7) فاکتورهای اصلی ( ژنوتیپ، کادمیوم و باکتری) در مورد آنزیمهای مورد مطالعه در این پژوهش نشان داد در بین صفات بررسی شده اثر ژنوتیپ فقط بر صفت کاتالاز در 48 ساعت (سطح معنی‌داری یک درصد) معنی‌دار شد. اما حضور باکتریها مقادیر همه آنزیم‌ها را با معنی‌داری یک درصد افزایش داده (به جز زمان 24 ساعت که کاهش نشان داد) حضورکادمیوم بر روی تمام آنزیم‌ها با سطح معنی‌داری یک درصد افزایش اما موجب کاهش مقادیر آنزیم پلیفنلاکسیداز گشت (جدول10). و نیز اثرات دوگانه رقم×کادمیوم آنزیمهای پراکسیداز و کاتالاز در 48 ساعت موجب افزایش مقادیر هر دو آنزیم ذکر شده در رقم کریم در غلظت‌های بالاتر (به ترتیب با معنی‌داری یک درصد و پنج درصد)گشت. همچنین، برهمکنش رقم×باکتری بر روی کاتالاز(با سطح معنی‌داری یک درصد) در نمونه‌برداری دوم(48 ساعت) حاکی از افزایش مقدار آنزیم در رقم کریم و کاهش آن در رقم دیگر با حضور باکتریها بود. نهایتا اثر باکتری×کادمیوم در مورد پلیفنلاکسیداز در 72 ساعت معنی‌داری پنج درصد نشان داد و مشخص شد کاهش مقدار پلیفنلاکسیداز در این بازه زمانی در عدم حضور باکتریها قابل توجه بود (شکل2).
افزایش قندها (اعم از احیاکننده و غیراحیا‌کننده) در گیاهان رزماری، کلزا و عدس تحت تاثیر فلزات سنگین توسط محققین دیگر نیز گزارش شده است (نوریان آزاد و کفیل‌زاده، 2010). یک دلیل برای این افزایش سازگاری گیاه برای حفظ شرایط اسمزی است (قربانلی و همکاران، ۲۰۱۰) زیرا در حضور کادمیوم انتقال آب کاهش می‌یابد (به دلیل افزایش این فلزات در درون سلول‌ها) و این امر موجب افزایش قندهای محلول در اندام‌های گیاهان می‌شود تا گیاه با حفظ فشار‌اسمزی قادر به جذب آب بیشتری شود (احمد و شارما ، ۲۰۱۰). دلیل دیگر افزایش محتوای قندها، هورمونهایی مانند سیتوکنین و جیبرلین است که در گیاهان با انتقال یون‌های مورد نیاز در باز شدن روزنه‌ها و تنظیم سطح کلروفیل منجر به افزایش فتوسنتز می‌شود و نهایتا محتوای قندها را در گیاهان افزایش دهد. علاوه بر این گیاهان به منظور حفظ متابولیسم پایه میزان قندهای محلول را افزایش می‌دهند زیرا به وسیله فلزات سنگین فعالیت آنزیمهای هیدرولیتیکی نظیرآمیلاز که نشاسته را به قند تبدیل می‌کند و نیز آنزیمهای تجزیه‌کننده قندهای غیرمحلول نظیرانورتاز و سوکروز‌سنتاز تحت تاثیر قرار می‌گیرد. ﻣﯿﺰان ﮐﺮﺑﻮﻫﯿﺪرات ﮐﻞ در ﮔﯿﺎﻫﺎن ﮔﻮﻧـﺎﮔﻮن، ﺑـﻪ ﻏﻠﻈﺖ ﻓﻠﺰسنگین ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده و نیز مقاوم بودن گونه‌ها نیز ﺑﺴﺘﮕﯽ دارد. ازتوباکتر برای کسب انرژی به عنوان یک شیمیوارگانوتروف از قندها و اسیدهای‌آلی برای تکثیر استفاده می‌کند لذا این امر یکی از دلایل افزایش قندها در حضور ازتوباکتر میباشد این افزایش توسط پژوهشگران دیگر نیز گزارش شده است زیرا استفاده از محرک‌های رشد موجب تنظیم پتانسیل اسمزی به منظور افزایش مقاومت گیاه به تنش می‌شوند (کاشوک و همکاران، 2010). در شرایط تنش به خصوص تنش ناشی از فلزات سنگین مقدار پرولین به عنوان یکی از اسیدهای آمینه تغییر می‌یابد زیرا پرولین در حفظ تعادل آب، حفظ نسبت NADP+/NADPH+، حفظ ساختار سه بعدی پروتئین‌ها و آنزیم‌ها ، تثبیت غشا و کاهش خطرات رادیکالهای آزاد اکسیژن و نیز مولکول پیام‌رسان در طول تنش نقش دارد(حیات و همکاران، 2012) در طول تنش مقدار پرولین افزایش می‌یابد افزایش مقدار پرولین توسط محققین دیگر در گیاهانی مثل چغندرقند، ﮔﻨﺪم، ﻓﻠﻔﻞ و عدسک آبی نیز دیده شده است
(نادری و همکاران، 2013 و شکاری و همکاران،2017) در این پژوهش کاربرد باکتری اثرات تنش ناشی از کادمیوم را خنثی نمود طوریکه با کاربرد باکتریها میزان پرولین کاهش یافت. این امر احتمالا به دلیل محدویت انتقال فلزات سنگین توسط باکتریها به عنوان یک مکانیسم دفاعی باشد یا کلاته کردن فلز سنگین با لیگاند و محبوس کردن کمپلکس لیگاند فلز سنگین در واکوئل
جدول 7- نتایج تجزیه واریانس قندهای محلول، پرولین ، لایزین و متیونین تحت تنش کلریدکادمیوم و اثر باکتری‌های افزاینده رشد در دو رقم گندم نان در چهار مرحله زمانی
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||||||
|
قندهای محلول |
پرولین |
||||||||
|
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
||
|
ژنوتیپ(G) |
1 |
**1136/0 |
**3430/0 |
**3626/0 |
0025/0 ns |
0002/0 ns |
0012/0 ns |
0009/0 ns |
*0048/0 |
|
باکتری(B) |
2 |
**1420/0 |
**0569/0 |
**1307/0 |
**0751/0 |
**0430/0 |
**3274/0 |
**3851/0 |
**4485/0 |
|
کادمیوم(C) |
3 |
**1829/0 |
**0785/0 |
**1737/0 |
**1195/0 |
**126/0 |
**0591/0 |
**0610/0 |
**0551/0 |
|
G×B |
2 |
**1344/0 |
**0422/0 |
**1712/0 |
ns0061/0 |
**0024/0 |
ns0001/0 |
ns0003/0 |
*0039/0 |
|
G×C |
3 |
**0359/0 |
ns0097/0 |
ns0085/0 |
ns0078/0 |
ns0002/0 |
**0025/0 |
*0020/0 |
*0031/0 |
|
B×C |
6 |
**1236/0 |
**0120/0 |
ns0065/0 |
**1149/0 |
**0058/0 |
**0607/0 |
**0590/0 |
**0603/0 |
|
G×B×C |
6 |
ns0081/0 |
ns0060/0 |
ns0039/0 |
ns0077/0 |
*0005/0 |
**0031/0 |
*0020/0 |
*0034/0 |
|
خطا |
48 |
0083/0 |
0035/0 |
0136/0 |
0057/0 |
0002/0 |
0005/0 |
0006/0 |
0011/0 |
|
ضریب تغییرات(%) |
- |
68/15 |
58/13 |
37/27 |
25/23 |
45/27 |
04/26 |
98/25 |
34/30 |
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||||||
|
لایزین |
متیونین |
||||||||
|
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
||
|
ژنوتیپ(G) |
1 |
0220/0 ns |
572/1 ns |
*1152/0 |
ns0128/0 |
**0612/0 |
0001/0 ns |
0256/0 ns |
*1413/0 |
|
باکتری(B) |
2 |
**348/1 |
**89/37 |
*0643/0 |
*1207/0 |
**38/20 |
**03/54 |
**58/37 |
**02/26 |
|
کادمیوم(C) |
3 |
0874/0ns |
*561/2 |
*0616/0 |
*1169/0 |
*0226/0 |
**173/1 |
**056/1 |
**554/1 |
|
G×B |
2 |
1134/0 ns |
ns4479/0 |
ns0071/0 |
ns0084/0 |
**0559/0 |
ns013/1 |
ns0379/0 |
**1901/0 |
|
G×C |
3 |
0430/0 ns |
ns0633/0 |
ns0035/0 |
ns0170/0 |
*0197/0 |
ns262/0 |
**1629/0 |
**1291/0 |
|
B×C |
6 |
0307/0 ns |
ns4737/0 |
ns0040/0 |
ns0116/0 |
**0195/0 |
**201/1 |
**9353/0 |
**6255/0 |
|
G×B×C |
6 |
0129/0 ns |
ns0613/0 |
ns0030/0 |
ns0246/0 |
*0172/0 |
*2559/0 |
**1595/0 |
**1286/0 |
|
خطا |
48 |
0433/0 |
7246/0 |
0190/0 |
0304/0 |
0056/0 |
1060/0 |
0333/0 |
0301/0 |
|
ضریب تغییرات(%) |
- |
00/35 |
59/48 |
33/42 |
22/36 |
48/12 |
50/35 |
43/21 |
18/27 |
ns، ** و * به ترتیب غیره معنی‌دار، معنی‌دار در سطح 1% و معنی‌دار در سطح 5% می باشد.
که از گردش آزاد فلز سنگین جلوگیری می‌نماید و در نتیجه موجب کاهش اثرات تنش ناشی از فلزات سنگین من جمله پرولین می‌گردد نیز، احتمالا باکتری‌های افزاینده رشد از طریق افزایش آنتی‌اکسیدان‌ها موجب کاهش اثرات سوء فلزات سنگین گشته است احتمالا در پایان تنش به منظور ترمیم خسارات با شکستن پرولین، ATP مورد نیاز فسفریلاسیون اکسیداتیو فراهم می‌گردد و لذا به نظر می‌رسد باکتریها با شکستن پرولین به منظور کسب انرژی موجب کاهش مقدار پرولین گردند (جدول3). نقش اسیدآمینه متیونین به عنوان متابولیت اساسی سلول گیاهی غیر‌قابل انکار هست زیرا این اسیدآمینه نقش محوری به عنوان
S-Adenosyl Methionine در شروع ترجمه mRNA دارد و نیز در سنتز ایزولوسین به عنوان سوبسترا (حسین و همکاران،2007) و نیز نقش متعادل‌کننده ایزولوسین در شرایط مختلف برعهده دارد (جوشی و همکاران، 2010) علاوه بر این نقش دیگر متیونین به تحمل تنش است زیرا با شکستن متیونین و تبدیل آن به پلی آمین‌ها مقدار متیونین کاهش می‌یابد و این کاهش ممکن است به علت وارد شدن متیونین در فرایندهای تولید متابولیت‌های مقاومت به تنش نظیر آنزیمهای آنتی‌اکسیدان باشد زیرا با تولید آنزیمهای آنتی‌اکسیدان شدت تنش کاهش می‌یابد گذشته از این میزان همه اسیدهای آمینه در حداقل تنش افزایش نمی‌یابند باکتریها نیز با کاهش شدت تنش موجب کاهش میزان متیونین در برهمکنش سه‌گانه باکتری×کادمیوم×رقم گشته است و نهایتا دلیل دیگر این امراینست که احتمالا در شرایط تنش مقدار رادیکالهای آزاد اکسیژن و سوپراکسید افزایش یافته و افزایش آنها موجب اکسیده شدن متیونین و هیستیدین وکاهش مقدار آنها می‌گردد.
لایزین به عنوان اسیدآمینه ضروری در پاسخ به تنش ابتدا به گلوتامات و سپس به سایر متابولیت‌های مرتبط با تنش نظیر پرولین، آمینوبوتیریک اسید و آرژینین (پیش ماده پلی‌آمین‌ها) تبدیل می‌شود علاوه بر این در تنظیم باز شدن روزنه‌ها، سنتز کلروفیل به منظور افزایش تحمل گیاه به تنش نیز نقش ایفا می‌کند. اسیدهای آمینه از آن جمله لایزین نقش صرفه‌جویی در مصرف انرژی در شرایط تنش را نیز بر عهده دارند علت بالاتر بودن مقدار لایزین در حضور باکتریها به این دلیل است که در شدت‌های پایین‌تر تنش اسیدآمینه‌هایی مانند آسپارژین، لایزین و گلایسین مقدار‌شان افزایش می‌یابد (زالی و همکاران، 2016). به نظر می‌رسد باکتریها با کاهش اثرات تنش منجر به افزایش مقدار لایزین می‌گردند. با توجه به اینکه ازتوباکتر به عنوان باکتری افزایش‌دهنده ازت مطرح هست و تغییر در ازت بر روی میزان اسیدهای آمینه و نیز پروتئین‌ها اثرگذار است (آتناسوا، ۲۰۰۸) علاوه بر این ازتوباکتر سنتز برخی اسیدهای آمینه را انجام می‌دهد که از آن جمله می‌توان به لایزین، تریپتوفان و هیستیدین اشاره نمود(خسروی، 2014).
جدول 8- مقایسه میانگین قندهای محلول، پرولین، لایزین و متیونین تحت تاثیر تنش کادمیوم، رقم و
باکترهای محرک رشد در چهار زمان مختلف
|
تیمارها |
متیونین (mg.g-1) |
|
لایزین (mg.g-1) |
|
پرولین (µmol.g-1 FW) |
|
قندهای محلول (mg.g-1 FW) |
|||||||||||||
|
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
|
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
|
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
|
24 |
48 |
72 |
ساقه دهی |
||
|
باکتری |
شاهد |
1/66a |
2/65a |
2/30a |
1/84a |
|
0/37c |
0/31b |
0/27b |
0/40b |
|
0/10a |
0/23a |
0/25a |
0/27a |
|
0/49b |
0/39c |
0/49a |
0/38a |
|
ازتوباکتر |
0/08b |
0/04b |
0/12b |
0/04b |
|
0/84a |
2/61a |
0/37a |
0/54a |
|
0/03b |
0/02b |
0/03b |
0/03b |
|
0/63a |
0/49a |
0/45a |
0/27c |
|
|
سودوموناس |
0/06b |
0/06b |
0/14b |
0/04b |
|
0/58b |
2/34a |
0/34ab |
0/50ab |
|
0/03b |
0/03b |
0/02b |
0/03b |
|
0/62a |
0/45b |
0/35b |
0/33b |
|
|
رقم |
کریم |
0/57b |
0/92a |
0/87a |
0/59b |
|
0/58a |
1/90a |
0/29b |
0/50a |
|
0/05a |
0/09a |
0/10a |
0/12a |
|
0/62a |
0/37b |
0/36b |
0/32a |
|
گنبد |
0/63a |
0/92a |
0/83a |
0/68a |
|
0/61a |
1/60a |
0/37a |
0/47a |
|
0/06a |
0/09a |
0/10a |
0/10b |
|
0/54b |
0/51a |
0/50a |
0/33a |
|
|
کادمیوم |
0 |
0/55b |
0/55b |
0/49b |
0/27d |
|
0/55b |
1/48b |
0/28bc |
0/41b |
|
0/02d |
0/03d |
0/03d |
0/03d |
|
0/45c |
0/36c |
0/35b |
0/21b |
|
75 |
0/63a |
1/07a |
1/01a |
0/55c |
|
0/69a |
2/21a |
0/37ab |
0/55a |
|
0/04c |
0/07c |
0/08c |
0/11c |
|
0/57b |
0/43b |
0/48a |
0/36a |
|
|
150 |
0/62a |
1/12a |
0/96a |
0/80b |
|
0/60ab |
1/91ab |
0/38a |
0/55a |
|
0/07b |
0/11b |
0/13b |
0/13b |
|
0/65a |
0/52a |
0/48a |
0/39a |
|
|
300 |
0/61a |
0/93a |
0/95a |
0/94a |
|
0/54b |
1/40b |
0/27c |
0/42b |
|
0/08a |
0/16a |
0/16a |
0/17a |
|
0/67a |
0/45b |
0/40ab |
0/35a |
|
وجود حروف متفاوت در هر ستون نشاندهنده اختلاف معنی‌دار توسط آزمون LSD در سطح 5 درصد می باشد
جدول9- مقایسه میانگین اثر متقابل باکتری×ژنوتیپ×کادمیوم بر متیونین و پرولین در هر چهار زمان بعد از اعمال
تیمارکلریدکادمیوم
|
تیمارها |
متیونین (mg.g-1) |
پرولین (µmol.g-1 FW) |
|||||||||||||
|
رقم |
باکتری |
کادمیوم ( میکرومولار) |
24 ساعت |
48 ساعت |
72 ساعت |
ساقهدهی |
24 ساعت |
48 ساعت |
72 ساعت |
ساقهدهی |
|||||
|
کریم |
شاهد
|
0 |
1/43e |
1/39e |
1/74b |
0/70e |
0/03e-h |
0/03f |
0/03e |
0/04d |
|||||
|
75 |
1/69bc |
2/70cd |
2/68a |
1/07d |
0/08d |
0/13e |
0/17d |
0/34b |
|||||||
|
150 |
1/72bc |
3/54a |
2/52a |
2/20bc |
0/12c |
0/27c |
0/35b |
0/34b |
|||||||
|
300 |
1/49de |
3/08a-c |
2/50a |
2/80a |
0/14bc |
0/50a |
0/47a |
0/44a |
|||||||
|
ازتوباکتر |
0 |
0/03cd |
0/02f |
0/10d |
0/05f |
0/02gh |
0/04f |
0/03e |
0/03d |
||||||
|
75 |
0/07f |
0/05f |
0/12d |
0/04f |
0/02gh |
0/02f |
0/02e |
0/02d |
|||||||
|
150 |
0/10f |
0/05f |
0/16d |
0/04f |
0/03e-h |
0/02f |
0/04e |
0/03d |
|||||||
|
300 |
0/07f |
0/03f |
0/12d |
0/04f |
0/04e-h |
0/01f |
0/03e |
0/03d |
|||||||
|
سودوموناس |
0 |
0/08f |
0/07f |
0/11d |
0/07f |
0/03e-h |
0/02f |
0/03e |
0/05d |
||||||
|
75 |
0/07f |
0/03f |
0/13d |
0/04f |
0/02gh |
0/03f |
0/03e |
0/04d |
|||||||
|
150 |
0/06f |
0/03f |
0/14d |
0/04f |
0/05e |
0/04f |
0/03e |
0/03d |
|||||||
|
300 |
0/06f |
0/03f |
0/12d |
0/03f |
0/05e-f |
0/03f |
0/03e |
0/03d |
|||||||
|
گنبد |
شاهد
|
0 |
1/61cd |
1/71e |
0/77c |
0/72e |
0/02f-h |
0/03f |
0/02e |
0/03d |
|||||
|
75 |
1/78b |
3/47ab |
2/79a |
2/11c |
0/09d |
0/19d |
0/23c |
0/17c |
|||||||
|
150 |
1/70bc |
3/00bc |
2/62a |
2/41b |
0/15b |
0/28c |
0/33b |
0/33b |
|||||||
|
300 |
1/91a |
2/31d |
2/76a |
2/72a |
0/19a |
0/38b |
0/37b |
0/44a |
|||||||
|
ازتوباکتر |
0 |
0/08f |
0/03f |
0/10d |
0/02f |
0/03e-h |
0/02f |
0/03e |
0/02d |
||||||
|
75 |
0/11f |
0/07f |
0/15d |
0/04f |
0/01h |
0/01f |
0/03e |
0/03d |
|||||||
|
150 |
0/10f |
0/05f |
0/13d |
0/05f |
0/05ef |
0/01f |
0/03e |
0/02d |
|||||||
|
300 |
0/07f |
0/04f |
0/10d |
0/02f |
0/04e-g |
0/01f |
0/03e |
0/03d |
|||||||
|
سودوموناس |
0 |
0/07f |
0/09f |
0/12d |
0/05f |
0/01h |
0/02f |
0/02e |
0/04d |
||||||
|
75 |
0/05f |
0/09f |
0/17d |
0/02f |
0/01h |
0/03f |
0/02e |
0/03d |
|||||||
|
150 |
0/03f |
0/03f |
0/19d |
0/02f |
0/02gh |
0/03f |
0/02e |
0/03d |
|||||||
|
300 |
0/06f |
0/10f |
0/12d |
0/03f |
0/03e-h |
0/03f |
0/03e |
0/03d |
|||||||
اثر متقابل رقم×کادمیوم×باکتری در آنزیم‌ها فقط در آنزیم پراکسیداز در 24 ساعت بعد از اعمال تیمار کادمیوم معنی‌دار (در سطح یک درصد) بود. در هر دو رقم (کریم و گنبد) میزان پراکسیداز با افزایش غلظت کادمیوم افزایش یافت. با تحت‌تاثیر قرار دادن باکتریها اثرات افزایشی کادمیوم بر روی پراکسیداز کاهش یافت (جدول6). به طور معمول تنش‌ها موجب افزایش رادیکالهای آزاد می‌شوند رادیکالهای حاصل با اثر بر روی پروتئین، DNA موجب هیدرولیز این ماکرومولکول‌ها و نیز با اثر بر روی غشای لیپوپروتئینی موجب نشت یونی می‌گردند. گیاه برای مقابله با این تنش میزان آنزیم های آنتی‌اکسیدانت را افزایش می‌دهد. اولین سیستم دفاعی سوپراکسیددیسموتاز هست که موجب تبدیل H2O2 به H2O و O2 می‌گردند سپس آنزیمهای دیگر بر حسب مکان خود مثلا کاتالاز (پراکسی‌زوم و میتوکندری) و پراکسیداز (در دیواره سلولی) عمل می کنند (میشرا و همکاران 2006 و چن و همکاران 2003) و در نتیجه موجب کاهش اثرات سمی تنش می‌گردند. نتایج حاصل از این پژوهش با کارهای ناریش کومار و همکاران بر روی بادام زمینی مطابقت دارد (ناریش کومار و همکاران 2015).
افزایش آنزیم‌ها در حضور باکتریها موید اینست که باکتریها با افزایش فعالیت آنزیمACC دآمیناز(۱- آمینوسیکلوپروپان 1- کربوکسیلیک اسید دآمیناز) که ACCرا هیدرولیز می کند سمیت ناشی از فلزات سنگین را کاهش می‌دهند(کامران و همکاران 2016) و رقم کریم چون نسبت به رقم گنبد از مقاومت بیشتری برخوردار است لذا در حضور کادمیوم بیشتر، به منظور مقابله با تنش اکسیداتیو ناشی از تولید اکسیژن فعال، آنزیم آنتی‌اکسیدانت بیشتر سنتز و اثرات تنش ناشی از حضور کادمیوم را خنثی می‌سازد (شکل2).کاهش مقدار آنزیم پلیفنلاکسیداز در حضور کادمیوم احتمالا به دلیل غیر‌فعال شدن آنزیم در حضور غلظت‌های بررسی شده این فلز‌سنگین باشد. این کاهش در کارهای برجیان و همکارانش نیز گزارش شده است (برجیان و همکاران 2018).
جدول 10 - نتایج تجزیه واریانس آنزیمهای آنتی‌اکسیدانت (کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز) تحت تنش کلرید
کادمیوم و اثر باکتری‌های افزاینده رشد در دو رقم گندم نان
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||||||
|
پراکسیداز |
کاتالاز |
||||||||
|
24 |
48 |
72 |
ساقهدهی |
24 |
48 |
72 |
ساقهدهی |
||
|
ژنوتیپ(G) |
1 |
ns0010/0 |
ns0654/0 |
ns4449/0 |
ns551/1 |
ns0260/0 |
**0903/0 |
ns0141/0 |
ns0133/0 |
|
باکتری(B) |
2 |
**433/6 |
**168/3 |
**2390/0 |
**08/21 |
**5174/0 |
ns0057/0 |
**3714/0 |
ns0261/0 |
|
کادمیوم(C) |
3 |
**005/1 |
ns2519/0 |
ns9297/0 |
ns7865/0 |
**5486/0 |
**2615/0 |
**3722/0 |
**1543/0 |
|
G×B |
2 |
**3724/0 |
ns0244/0 |
ns2118/0 |
ns456/1 |
ns0112/0 |
**1005/0 |
ns0234/ |
ns0167/0 |
|
G×C |
3 |
ns0979/0 |
**8611/0 |
ns1680/0 |
ns2305/0 |
ns0152/0 |
*0403/0 |
ns0300/0 |
ns0319/0 |
|
B×C |
6 |
**2535/0 |
ns4085/0 |
ns1818/0 |
ns1550/0 |
ns0075/0 |
ns0143/0 |
ns0120/0 |
ns0305/0 |
|
G×B×C |
6 |
**1858/0 |
ns2829/0 |
ns1172/0 |
ns0523/0 |
ns0118/0 |
ns0145/0 |
ns0086/ |
ns0271/0 |
|
خطا |
48 |
0554/0 |
1895/0 |
3697/0 |
0614/0 |
0150/0 |
0098/0 |
0463/0 |
0350/0 |
|
ضریب تغییرات(%) |
- |
47/12 |
44/14 |
69/20 |
52/28 |
26/34 |
85/15 |
13/47 |
65/32 |
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
|||
|
پلیفنلاکسیداز |
|||||
|
24 |
48 |
72 |
ساقهدهی |
||
|
ژنوتیپ(G) |
1 |
ns1615/0 |
ns5287/0 |
ns0002/0 |
ns7959/0 |
|
باکتری(B) |
2 |
**600/7 |
**90/20 |
**07/17 |
**58/53 |
|
کادمیوم(C) |
3 |
**094/1 |
**173/5 |
**399/6 |
ns7465/0 |
|
G×B |
2 |
ns2431/0 |
ns6451/0 |
ns2076/0 |
ns0221/2 |
|
G×C |
3 |
ns0939/0 |
ns1383/0 |
ns6627/0 |
ns1592/0 |
|
B×C |
6 |
ns1589/0 |
ns8815/0 |
*9742/0 |
ns1508/0 |
|
G×B×C |
6 |
ns1596/0 |
ns7475/0 |
ns1965/0 |
ns2144/0 |
|
خطا |
48 |
2406/0 |
5680/0 |
3371/0 |
6920/0 |
|
ضریب تغییرات(%) |
- |
66/26 |
90/18 |
61/13 |
48/22 |
جدول 11- مقایسه میانگین اثرات اصلی آنزیمهای آنتی‌اکسیدانت (کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز)
تحت تاثیر تنش کادمیوم، رقم و باکترهای محرک رشد در چهار زمان مختلف
|
تیمارها |
پراکسیداز |
|
کاتالاز |
|
پلیفنلاکسیداز |
|||||||||||
|
|
24 |
48 |
72 |
ساقهدهی |
|
24 |
48 |
72 |
ساقهدهی |
|
24 |
48 |
72 |
ساقهدهی |
||
|
باکتری |
شاهد |
|
2/46a |
2/59b |
2/27b |
1/67b |
|
0/53a |
0/61a |
0/54a |
0/59a |
|
2/47a |
2/91b |
3/31b |
1/98b |
|
ازتوباکتر |
|
1/75b |
3/21a |
3/37a |
3/27a |
|
0/29b |
0/64a |
0/38b |
0/59a |
|
1/67b |
4/49a |
4/58a |
4/63a |
|
|
سودوموناس |
|
1/45c |
3/23a |
3/18a |
3/31a |
|
0/26b |
0/64a |
0/45ab |
0/54a |
|
1/38c |
4/56a |
4/91a |
4/50a |
|
|
رقم |
کریم |
|
1/89a |
3/04a |
3/02a |
2/89a |
|
0/38a |
0/66a |
0/47a |
0/59a |
|
1/89a |
4/07a |
4/27a |
3/60a |
|
گنبد |
|
1/88a |
2/98a |
2/86a |
2/60a |
|
0/34a |
0/59b |
0/44a |
0/56a |
|
1/79a |
3/90a |
4/27a |
3/81a |
|
|
کادمیوم |
صفر |
|
1/58c |
2/94a |
2/66b |
2/52a |
|
0/30b |
0/46c |
0/35c |
0/45b |
|
2/17a |
4/61a |
5/15a |
3/85a |
|
75 |
|
1/83b |
3/05a |
3/06ab |
2/62a |
|
0/40a |
0/62b |
0/56a |
0/60a |
|
1/87ab |
4/15ab |
4/10b |
3/89a |
|
|
150 |
|
2/08a |
3/16a |
3/17a |
2/90a |
|
0/41a |
0/70a |
0/51ab |
0/67a |
|
1/71b |
3/86b |
3/96b |
3/62a |
|
|
300 |
|
2/07a |
2/90a |
2/86ab |
2/95a |
|
0/33ab |
0/73a |
0/40bc |
0/58a |
|
1/60b |
3/33c |
3/86b |
3/45a |
|
جدول-12 مقایسه میانگین ترکیبات تیماری رقم×باکتری×کادمیوم برای آنزیم پراکسیداز در
زمان 24ساعت بعد از اعمال تیمار
|
تیمارها |
پراکسیداز |
||
|
رقم |
باکتری |
کادمیوم ( میکرومولار) |
24 ساعت |
|
کریم |
شاهد
|
0 |
34/2 |
|
75 |
44/2 |
||
|
150 |
77/2 |
||
|
300 |
82/2 |
||
|
ازتوباکتر |
0 |
52/1 |
|
|
75 |
62/1 |
||
|
150 |
87/1 |
||
|
300 |
95/1 |
||
|
سودوموناس |
0 |
18/1 |
|
|
75 |
20/1 |
||
|
150 |
51/1 |
||
|
300 |
47/1 |
||
|
گنبد |
شاهد
|
0 |
49/1 |
|
75 |
10/2 |
||
|
150 |
66/2 |
||
|
300 |
05/3 |
||
|
ازتوباکتر |
0 |
60/1 |
|
|
75 |
95/1 |
||
|
150 |
83/1 |
||
|
300 |
65/1 |
||
|
سودوموناس |
0 |
33/1 |
|
|
75 |
65/1 |
||
|
150 |
81/1 |
||
|
300 |
47/1 |
||
(b) ((a
( (d ((c
شکل2- تاثیر تنش کادمیوم برکاتالاز(a)، پراکسیداز(b)، اثر باکتری بر کاتالاز(c) در زمان 48ساعت و(d) اثر باکتری×کادمیوم بر پلی‌فنل‌اکسیدازدر زمان 72 ساعت در هر دو رقم(کریم و گنبد)
نتیجه گیری
نتایج این آزمایش نشان داد که با تاثیر باکتری روی بذر صفات زراعی (عملکرد دانه، وزن خشک ساقه، وزن‌هزار دانه) معنی دار شد. بررسی نتایج حاصل از اثر کادمیوم روی صفات زراعی اندازه‌گیری شده، بیشینه میزان این صفات را در شاهد (بدون کادمیوم) و کمینه را در بالاترین غلظت کادمیوم نشان داد. نتایج حاصل از جذب کادمیوم حاکی از کاهش جذب کادمیوم در هر سه اندام( ریشه، ساقه و دانه) در حضور باکتریها بوده و نیز در حضور کادمیوم مقدار قندهای محلول نسبت به شاهد زیاد می‌شود و ازتوباکتر در قیاس با سودوموناس تاثیر مطلوب‌تری بر قندهای محلول دارد. باکتریها اثرات افزایشی پرولین در حضور کادمیوم را کاهش دادند و بیشترین میزان پرولین و متیونین از تیمار شاهد بدست آمد برعکس میزان لایزین در حضور باکتریها کاهش یافت. درمورد آنزیمهای آنتی‌اکسیدانت حضورکادمیوم میزان کاتالاز و پراکسیداز را افزایش ولی میزان پلیفنلاکسیداز را کاهش داد. در کل حضور باکتریها در رقم کریم نسبت به رقم گنبد اثرات کادمیوم را کاهش داد و مشخص شد کریم نسبت به گنبد در مقابل تنش‌ها مقاوم‌تر هست و در زمین‌های دارای فلز سنگین کادمیوم از این رقم می‌توان استفاده نمود.
)
