بررسی تاثیر دگرآسیبی عصاره جو زراعی بر جوانه زنی، رشد رویشی و فعالیت برخی آنزیم های حیاتی گیاهچه سوروف ) )Echinocloa colonu

مقدمه

دگرآسیبی (آللوپاتی) نتیجه تولید مولکول های فعال بیولوژیکی توسط گیاهان در حال رشد یا بقایای آنها می باشد که ممکن است پس از تغییر شکل و ورود به محیط بر رشد و نمو افراد همان گونه یا گونه های دیگر تاثیر مستقیم یا غیر مستقیم بگذارند. دگر آسیبی به اثرات  مضر یک گیاه یا یک میکروارگانیسم بر گیاه یا میکروارگانیسم دیگر از طریق تولید ترکیبات شیمیایی مختلف و رهاسازی آنها در محیط می گویند که  مضر بودن مواد شیمیایی به نوع و غلظت آنها در محیط و مدت زمانی که گیاه در معرض آنها قرار می گیرد بستگی دارد (24، 26). جو یکی از گیاهان زراعی تیره گندمیان با خواص دگرآسیبی است. در جو ترکیبات فنلی فیتوتوکسیک شامل فرولیک اسید، وانیلیک اسید، هوردنین، گرامین و هیدروکسی بنزوئیک اسید در عصاره آبی جو وجود دارند. محتوای گرامین چند روز پس از جوانه زنی در سطح برگها به طور قابل ملاحظه ای بیشتر می شو .(16).  Ashrafi و همکاران (9) با بررسی تاثیر عصاره جو بر جوانه زنی و رشد گیاهچه دم مرغ¹مشاهده نمودند که افزایش غلظت عصاره جو سبب کاهش جوانه زنی و رشد گیاهچه مرغشد.

شناسایی مکانیزم های عمل مواد دگرآسیب در گیاهان می تواند نقش مهمی در معرفی، تولید و استفاده از این مواد به صورت عملی داشته باشد. یکی از عوامل اصلی خسارت‌زای تنش‌های محیطی نظیر دگرآسیبی بر گیاهان، تولید انواع رادیکال‌های آزاد اکسیژن و بروز تنش اکسیداتیو است. حضور گونه‌های فعال اکسیژن در محیط سلولی، سبب تخریب ملکول‌های درشت عمده‌ سلولی نظیر ماده وراثتی سلول و پروتیین  و آنزیم‌های حیاتی نظیر آلفا آمیلاز، ساکاروز سنتتاز و رابیسکو می‌شود  (17،20، 21). یکی از اثرات بارز رادیکال های آزاد اکسیژن بر سلامت سلول ها، تخریب غشاهای سلولی است (3، 8، 15). فرهودی و مکی زاده (5) گزارش نمودند که عصاره آبی جو با افزایش تخریب غشاهای سلولی و اختلال در فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز گیاهچه های چچم و یولاف وحشی سبب کاهش جوانه زنی و رشد گیاهچه این گیاهان شد. حسین زاده و همکاران (1) با بررسی تاثیر عصاره جو وحشی بر رشد گیاهچه و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت گیاهچه گندم مشاهده نمودند که ترکیبات دگرآسیب جو وحشی سبب کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت گیاهچه گندم شد. زلقی و همکاران (2) نیز کاهش رشد گیاهچه ارزن و سورگوم تحت تاثیر عصاره آللوپاتیک آفتابگردان را ناشی از تخریب غشا های سلولی و کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت کاتالاز و پراکسیداز دانستند. تحقیقات Yu و همکاران (26) بیانگر آن است که رشد گیاهچه های خیار تحت تاثیر ترکیبات آللوپاتیک کاهش یافت. ایشان همبستگی مثبتی میان کاهش رشد گیاهچه خیار تحت شرایط حضور ترکیبات دگرآسیب با تخریب و اکسیده شدن غشاهای سلولی خیار مشاهده کردند. 

استفاده گسترده و وابستگی به علف‏کش‏های شیمیایی باعث بروز مشکلاتی نظیر مقاومت علف های هرز به علف‏کش‏ها واثرهای سوء این علف‏کش‏ ها برسلامتی انسان‏ها در محیط شده است. به همین منظور متخصصان به دنبال روش‏های  جایگزین برای کنترل علف‏های هرز وکاربرد محدودترو معقولانه تر علف‏کش‏ها می باشند. در این راستا استفاده از ویژگی آللوپاتی(دگرآسیبی)گیاهان دگر آسیب می تواند نقش بسیار مهمی در مدیریت وکنترل علف‏های هرز ایفا کند اگرچه دگرآسیبی ازمهمترین مشکلات موجود در تدوین تناوب های زراعی است اما امروزه شواهدی نیز وجود دارد که بیانگر نقش مفید دگرآسیبی درکنترل ومدیریت علف های هرز است (22). سوروف² علف هرزی یکساله است که معمولا با ذرت و بسیاری از محصولات مناطق معتدل، گرمسیری و نیمه گرمسیری رقابت می کند  این علف هرز به خوبی با محیط های آبی سازگاراست و می تواند به سرعت رشد نموده و تکثیر یابد و همین امر آن را به رقیب جدی گیاهان زراعی تبدیل کرده است. شناسایی پاسخ فیزیولوژیک گیاهان به اثرات دگرآسیبی گیاهان دیگر نقش به سزایی در شناخت مکانیزم های خسارت زا ترکیبات اللوپاتیک دارد. مطالعه میزان تخریب غشاهای سلولی (با بررسی ترکیباتی نظیر مالون دی آلدهید)، میزان فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت و ساکاروز سنتتاز تحت تاثیر ترکیبات دگرآسیب می تواند نقش ویژه ای در چگونگی درک نحوه خسارت ترکیبات دگرآسیب داشته باشد. این تحقیق به منظور بررسی پتانسیل دگرآسیبی عصاره جو بر رشد گیاهچه، فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت، آلفا آمیلاز و ساکاروز سنتتاز گیاه سوروف انجام شد.

مواد و روش ها

این آزمایش به منظور بررسی تاثیر عصاره آبی اندام هوایی جو (رقم کارون) بر جوانه زنی و رشد گیاهچه سوروف به صورت دو آزمایش جدا از هم به شرح زیر در دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شوشتر در سال 1390 انجام شد.

آزمایش اول: تاثیر عصاره آبی  جو بر جوانه زنی بذر سوروف

 این آزمایش در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در چهار تکرار انجام شد. تیمارهای این آزمایش شامل عصاره های 25، 50 و 75 درصد جو بود. تیمار شاهد آب مقطر بود برای تهیه این عصاره ها ابتدا عصاره 100 درصد جو  تهیه شد. به این صورت که  100 گرم کاه و کلش جو کاملا خرد شد و 24 ساعت در دمای اتاق در یک لیتر آب مقطر خیسانده شد. پس از 24 ساعت نمونه ها به دستگاه شیکر با دور 120 دور در دقیقه به مدت 12 ساعت منتقل شد. پس از  تهیه  عصاره 100درصد، سایر غلظت های عصاره جو تهیه شد. برای آزمایش جوانه زنی، 20 عدد بذر سوروف در هر پتری دیش حاوی یک عدد کاغذ صافی واتمن قرار گرفت و پنج میلی لیتر از محلول مورد نظر یا آب مقطر (به عنوان شاهد) به محیط پتری دیش اضافه شد. در طول آزمایش، بذور در دستگاه جوانه زنی در دمای1 ±22 درجه سانتی گراد، رطوبت 70 درصد و تناوب نوری 16 ساعت روشنایی و 8 ساعت تاریکی قرار گرفتند. در این آزمایش درصد جوانه زنی، طول گیاهچه، وزن گیاهچه، فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز، فعالیت آنزیم های کاتالاز و پراکسیداز و غلظت مالون دی آلدهید بافت گیاهچه مورد بررسی قرار گرفتند.

درصد جوانه زنی

درصد جوانه‎زنی بر اساس فرمول زیر محاسبه گردید(19):

فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت

جهت تعیین میزان فعالیت آنزیم های کاتالاز و پراکسیداز، ابتدا پروتئین برگ به روش آگراوال و همکاران (7) استخراج شد ه و سپس بر اساس روش Chance  و Maehly (11) فعالیت این آنزیم های آنتی اکسیدانت بررسی شد.

غلظت مالون ‌دی آلدهید

به منظور تعیین غلظت مالون ‌دی آلدهید گیاهچه، ابتدا نیم گرم بافت گیاهچه را در محلول 20 درصد تیوکلرو استیک اسید³  که حاوی 5/0 درصد تیو باربیتوریک اسید⁴بود، کاملا پودر کرده و آنگاه این مخلوط به مدت 25 دقیقه در دمای 95 درجه سانتی گراد در حمام بن ماری حرارت داده شد. سپس این مخلوط را در حمام یخ سرد کرده و طبق روش Valentovic و همکاران (20) غلظت مالون ‌دی آلدئید در طول موج 532 نانومتر اندازه گیری شد.

فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز

جهت اندازه گیری فعالیت آنزیم α- آمیلاز ابتدا 5/0 میلی لیتر محلول نشاسته (20 میلی گرم در یک میلی لیتر فسفات پتاسیم pH= 7 به داخل لوله آزمایش منتقل شد سپس 5/0 میلی لیتر آنزیم استخراج شده از مرحله استخراج به آن اضافه شده و بعد از 30 دقیقه انکوباسیون در 37 درجه سانتی گراد بوسیله 1 میلی لیتر اسید هیدروکلریدریک 1/0 نرمال واکنش را متوقف کرده و در ادامه یک میلی لیتر از معرف ید به آن اضافه شد. پس از آن حجم محتوی لوله را با آب مقطر به حدود 10 سی سی رسانده و میزان جذب رنگ را با استفاده از اسپکترفتومتر در طول موج 620 نانومتر خوانده و با نمونه شاهد (محلول نشاسته با ید بدون افزودن آنزیم ) مقایسه  شد (22).

آزمایش دوم: تاثیر محلول پاشی عصاره آبی جو بر رشد گیاهچه سوروف

این آزمایش در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در گلخانه دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شوشتر انجام شد. تیمارهای این آزمایش و نحوه تهیه آنها مشابه آزمایش قبلی در شرایط شاهد، گیاهچه سوروف توسط آب مقطر محلول پاشی می شد. جهت رشد سوروف  5 عدد بذر این گیاه در گلدان های پلاستیکی حاوی ترکیب خاک رس و کود پوسیده حیوانی کاشته شدند. پس از استقرار گیاهچه ها تعداد آنها به سه عدد در هر گلدان رسید. دو هفته پس از سبز شدن بذور سوروف، محلول پاشی آنها توسط عصاره های جو طی سه روز پشت سر هم انجام شد. یک هفته پس از پایان محلول پاشی عصاره جو، برداشت گیاهچه های سوروف جهت بررسی صفات انجام شد.  در این آزمایش وزن خشک اندام هوایی،  فعالیت آنزیم های کاتالاز و پراکسیداز، غلظت مالون دی آلدهید گیاهچه و فعالیت آنزیم ساکاروز سنتتاز مورد بررسی قرار گرفتند. برای بررسی فعالیت آنزیم ساکاروز سنتتاز از روش کوئنسه و گراویوس (12) استفاده شد.

محاسبات آماری داده ‌های حاصل از آزمایش با استفاده از نرم ‌افزار MSTATC انجام شد و برای رسم نمودار ها و گراف‌ها از نرم‌افزار Excel و برای مقایسۀ میانگین‌ ها از آزمون چند دامنه‌ای دانکن (در سطح یک  درصد آماری) استفاده شد.

نتایج و بحث

آزمایش اول

نتایج جدول تجزیه واریانس نشان داد درصد جوانه زنی، وزن گیاهچه، طول گیاهچه، فعالیت کاتالاز و پراکسیداز، غلظت مالون دی آلدهید گیاهچه و فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز بذر سوروف در سطح آماری یک درصد تحت تاثیر غلظت عصاره جو قرار گرفت (داده ها نشان داده نشده است).

درصد جوانه زنی، رشد گیاهچه و فعالیت آلفا آمیلاز

نتایج نشان داد که درصد جوانه زنی سوروف تحت تاثیر افزایش غلظت عصاره جو قرارگرفت(جدول 1). کمترین درصد جوانه زنی بذر سوروف تحت تاثیر عصاره 75 درصد جو به میزان 5/25 درصد مشاهده شد. افزایش غلظت عصاره جو سبب کاهش طول و وزن گیاهچه سوروف شد، به طوری که کمترین طول گیاهچه سوروف به میزان 55/2 سانتی متر و کمترین وزن تر گیاهچه به میزان 025/0 گرم تحت تاثیر عصاره 75 درصد جو دیده شد. Goran و Sakari (17) گزارش نمودند عصاره جو سبب کاهش رشد و وزن گیاهچه علف های هرز مرغ و یولاف وحشی می شود و اختلال در تقسیم میتوز و تخریب غشاهای سلولی را از دلایل کاهش رشد گیاهچه های هدف بیان شد. زنگنه و فرهودی (3) بیان نمودند عصاره دگرآسیب جو سبب کاهش رشد گیاهچه و درصد جوانه زنی گیاه جو شد. ایشان افزایش تخریب غشاهای سلولی را دلیل کاهش درصد جوانه زنی و وزن گیاهچه جو دانستند. Bohm و همکاران (10) با بررسی تاثیر ترکیبات دگرآسیب گردو بررشد گیاهچه سویا مشاهده نمودند دلیل کاهش رشد گیاهچه سویا، اختلال در تقسیم میتوز بافت گیاهچه است.

نتایج آزمایش حاضر نشان داد که فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز همزمان با کاهش درصد جوانه زنی تحت تاثیر افزایش غلظت عصاره جو کاهش یافت (جدول 1). تر کیبات دگرآسیب با کاهش فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز سبب کاهش جوانه زنی گندم و کاهو شد (19). بررسی جوانه زنی یولاف وحشی و چچم (4) تحت تاثیر ترکیبات دگرآسیب نیز نشان که ترکیبات دگرآسیب با تاثیر منفی بر فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز سبب کاهش درصد جوانه زنی و رشد گیاهچه های  هدف شد. کاربرد عصاره گلرنگ سبب کاهش رشد گیاهچه، کاهش فعالیت آلفا آمیلاز و افزایش تخریب غشا سلولی خردل وحشی شد (14).

فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت و غلظت مالون دی آلدهید

نتایج جدول 1 نشان داد که فعالیت آنزیم های کاتالاز و پراکسیداز گیاهچه سوروف تحت تاثیر عصاره جو کاهش یافت.  کمترین فعالیت آنزیم کاتالاز تحت تاثیر عصاره 50 و 75 درصد جو به میزان 6/2 و 4/1 میلی گرم جذب در دقیقه مشاهده شد. غلظت 25 درصد عصاره جو تاثیر معنی داری بر غلظت مالون دی آلدهید بافت گیاهچه نداشت، اما عصاره های 50 و 75 درصد عصاره جو غلظت مالون دی آلدهید را به میزان معنی داری در مقایسه با شاهد افزایش داد (جدول 1). بررسی غلظت مالون دی آلدهید بافت گیاهچه می تواند بیانگر میزان تخریب غشا سلولی باشد زیرا این ترکیب تحت تاثیر تخریب و اکسیده شدن غشا سلولی آزاد می شود. کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت و افزایش تخریب غشاهای سلولی گیاهچه سوروف تحت تاثیر افزایش غلظت عصاره جو بیانگر تشدید تنش اکسیداتیو ناشی از ترکیبات دگرآسیب است. Oracz و همکاران (22) گزارش نمودند که ترکیبات دگرآسیب عصاره آبی آفتابگردان با تخریب غشاهای سلولی، کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت و القا تنش اکسیداتیو سبب کاهش رشد گیاهچه خردل وحشی شد. فرهودی (4) نیز کاهش رشد خردل وحشی و پنیرک تحت تاثیر عصاره آفتابگردان را ناشی از تخریب غشاهای سلولی و کاهش فعالیت آنزیم کاتالاز بیان نمود.

آزمایش دوم

نتایج تجزیه واریانس نشان داد وزن تر گیاهچه، طول گیاهچه، فعالیت کاتالاز و پراکسیداز، غلظت مالون دی آلدهید گیاهچه و فعالیت انزیم ساکاروز سننتاز سوروف در سطح آماری یک درصد تحت تاثیر غلظت عصاره جو قرار گرفت (داده ها نشان داده نشده است).

رشد گیاهچه و فعالیت آنزیم ساکاروز سنتتاز

 محلول پاشی عصاره جو سبب کاهش وزن گیاهچه سوروف شد و کمترین وزن گیاهچه سوروف در غلظت های 50 و 75 درصد عصاره جو به میزان 04/0 گرم بود (جدول2). نتایج نشان داد تنها محلول پاشی با عصاره 75 درصد عصاره جو سبب کاهش معنی دار طول گیاهچه سوروف در مقایسه با شاهد شد. کاهش فتوسنتز، تخریب غشاهای سلولی، افزایش تنفس و کاهش فعالیت آنزیم های مهم مانند رابیسکو و ساکاروز سنتتاز از دلایل کاهش رشد گیاهان تحت تاثیر ترکیبات دگرآسیب می باشد(15). حسین زاده و همکاران (1) مشاهده نمودند افزایش غلظت ترکیبات دگرآسیب جو وحشی سبب کاهش رشد گیاهچه گندم شد. تنش اکسیداتیو ناشی از ترکیبات دگرآسیب جو وحشی سبب کاهش رشد گندم شد. فرهودی (4) کاهش رشد گیاهچه پنیرک و خردل وحشی تحت تاثیر عصاره آفتابگردان را گزارش نمود .نتایج جدول 2 بیانگر کاهش  فعالیت آنزیم ساکاروز سنتتاز برگ سوروف تحت تاثیر افزایش غلظت عصاره جو می باشد. کمترین فعالیت ساکاروز سنتتاز برگ سوروف تحت تاثیر محلول پاشی عصاره 50 و 75 درصد جو به میزان 32/2 نانومول بر میلی گرم پروتیین در دقیقه و 2/1 نانومول بر میلی گرم پروتیین در دقیقه دیده شد (جدول2). Counce  و  Gravois (12) بیان نمودند که آنزیم ساکاروز سنتتاز یک آنزیم کلیدی در تبدیل فراورده های فتوسنتزی به ساکاروز است و فعالیت آن تحت تاثیر تنش های محیطی قرار می گیرد. Glenn(18) نیز کاهش فعالیت آنزیم های دخیل در سنتز ساکاروز در برگ برنج تحت تاثیر ترکیبات  دگر آسیب آکاسیا را گزارش نمود.  Lorenzo و همکاران (20) بیان نمودند کاهش فعالیت آنزیم های حیاتی مانند رابیسکو و ساکاروز سنتتاز در کاهش شدید رشد گیاهچه های هدف تحت تاثیر ترکیبات دگر آسیب نقش دارد. 

غلظت مالون دی آلدهید و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت

 افزایش غلظت عصاره جو سبب افزایش تخریب غشاهای سلولی و افزایش غلظت مالون دی آلدهید برگ سوروف شد (جدول 2). بررسی غلظت مالون دی آلدهید می تواند به عنوان یک شاخص مناسب در مطالعات آللوپاتی مطرح شود زیرا بیانگر شدت تنش اکسیداتیو و آسیب پذیری گیاه تحت تاثیر تخریب غشاهای سلولی است (22). Yu و همکاران (27) کاهش رشد، کاهش فتوسنتز، افزایش غلظت مالون دی آلدهید و کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت گیاهچه های خیار تحت تاثیر ترکیبات دگر آسیب را مشاهده نمودند. نتایج جدول 2 بیانگر کاهش فعالیت آنزیم های کاتالاز و پراکسیداز بافت برگ سوروف تحت تاثیر محلول پاشی عصاره جو است. کمترین فعالیت آنزیم کاتالاز و پراکسیداز برگ سوروف تحت تاثیر عصاره جو به ترتیب به میزان 1/1 میلی گرم جذب در دقیقه و 7/2 میلی گرم جذب در دقیقه در عصاره 75 درصد جو دیده شد که نشانگر کاهش شدید فعالیت این آنزیم ها تحت تاثیر عصاره جو است. زنگنه و فرهودی (3) بیان نمودند که افزایش غلظت عصاره جو سبب تخریب شدید غشا سلولی گیاهچه جو هدف شد زیرا فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت کاهش یافت و قادر به دفاع در مقابل تنش اکسیداتیو ناشی از ترکیبات آللوپاتیک جو نبودند. زلقی و همکاران (2) نیز کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت و افزایش غلظت مالون دی آلدهید بافت علف های هرز تحت تاثیر افزایش غلظت عصاره آفتابگردان را مشاهده نمودند. 

به طور کلی نتایج این آزمایش نشان داد کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت و تخریب غشا های سلولی تحت تاثیر ترکیبات دگر آسیب  می تواند یکی از دلایل عمده کاهش رشد گیاهچه سوروف تحت تاثیر حضور مواد دگرآسیب عصاره جو باشد. کاهش وزن گیاهچه، کاهش درصد جوانه زنی، کاهش فعالیت آنزیم های کلیدی مانند آلفا آمیلاز و ساکاروز سنتتاز و افزایش غلظت مالون دی آلدهید بافت گیاهچه سوروف بیانگر آسیب پذیری گیاهچه این گیاه از ترکیبات دگر آسیب  جو است. با توجه به نتایج آزمایش حاضر می توان گفت ترکیبات آللوپاتیک موجود در عصاره جو با تاثیر منفی بر سلامت غشاهای سلولی و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت و اختلال در فعالیت آنزیم های آلفا آمیلاز و ساکاروز سنتتاز سبب کاهش جوانه زنی و رشد گیاهچه سوروف شد. 

پاورقی ها

Agropyrum repens

Echinoclia colonum

Tiocloro Acetic Acid

Barbituric Acid