تعیین غلظت بهینه سه آنزیم آنتی اکسیدان برای افزایش مقاومت به خشکی ماش (Vigna radiata L.) با استفاده از الگوریتم ژنتیک

سابقه و هدف: در اثر تنش خشکی، میزان رادیکال‌های آزاد افزایش ‌یافته و گیاه دچار تنش اکسیداتیو می‌گردد. گیاه با تغییر فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی‌ مثل کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز و گایاکول پراکسیداز (متغیرهای مستقل یا تأثیرگذار؛ Xs) رادیکال‌های آزاد را خنثی کرده و خود را از آسیب محافظت می‌کند (مقاومت به تنش اکسیداتیو ناشی از خشکی). تأثیر این محافظت، در صفاتی مثل رشد و تولید دانه (به ترتیب عملکرد بیولوژیکی و شاخص برداشت؛ متغیرهای وابسته یا تأثیرپذیر؛ Ys) منعکس می‌شود. با حداکثر نمودن تابع Ys نسبت به Xs، می‌توان ترکیبی از Xsها را به‌دست آورد که بالاترین مقدار ممکن Ys حاصل گردد. اساس این بهینه-سازی، روابط مبتنی بر تغییرات ایجاد شده در Xs و Ys بر اثر تنش خشکی می‌باشد. به لحاظ اینکه تعداد Ys در اینجا بیش از یک می-باشد، رابطه موجود از نوع چند متغیره بوده و از پیچیدگی‌های بالایی برخوردار است به ویژه اینکه بین متغیرهای Ys، همبستگی مثبتِ قوی (همبستگی بزرگتر از 95/0+) بدست نیامد. در این شرایط، استفاده از الگوریتم ژنتیک می‌تواند بر فایق آمدن بر این پیچیدگی کمک نماید. خروجی این الگوریتم می‌تواند مورد استفاده متخصصان اصلاح نباتات قرار بگیرد. به بیان دیگر، اصلاح‌گران می‌توانند با دستکاری ژنتیکی گیاه در جهت فعالیت بهینه Xs، مقاومت به خشکی را افزایش دهند. هدف از این آزمایش، انجام بهینه‌سازی مذکور در ماش بود.مواد و روش‌ها: به منظور دقت آزمایش در اعمال تنش خشکی و از طرف دیگر افزایش تعمیم پذیری نتایج به شرایط مزرعه، در این بررسی از آزمایش گلدانی در هوای آزاد استفاده شد. گنجایش گلدان‌ها پنج کیلوگرم خاک بود که در هر کدام، پنج عدد بذر ماش (لاین VC1973a) کشت شد. پس از تنک کردن، دو گیاه در هر گلدان باقی ماند. پس از محاسبه ظرفیت زراعی خاک با استفاده از روش وزنی، چهار سطح کم آبیاری با سه تکرار شامل 80% (شاهد)، 65%، 50% و 35% ظرفیت زراعی اعمال گردید. در زمان گل‌دهی، غلظت آنزیم‌های کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز و گایاکول پراکسیداز (Xs) برآورد گردید. بعد از رسیدگی گیاه، شاخص برداشت و عملکرد بیولوژیکی (Ys) اندازه‌گیری شدند. برای حداکثر کردن تابع، ابتدا تابع مطلوبیت جزئی محاسبه گردید. سپس تابع مطلوبیت کل به‌دست آورده شد. با استفاده از نرم‌افزار متلب و در قالب الگوریتم ژنتیک، مقادیری از Xs که برای آن، بالاترین Ys حاصل می‌گردد، محاسبه شد.یافته‌ها: نتایج نشان داد که تابع برخوردار از هفت مؤلفه از ضریب تبیین بالایی برخوردار بود و توانست به‌خوبی ارتباط Ys را با Xs پیش‌بینی نماید. ضریب رگرسیونی استاندارد بدست آمده برای کاتالاز مثبت بود. این امر نشان‌‌دهنده آن است که با افزایش فعالیت این آنزیم، مقاومت به خشکی (شاخص برداشت و عملکرد بیولوژیکی) نیز بیشتر می‌شود. همانند کاتالاز، تأثیر گایاکول پراکسیداز بر مقاومت به خشکی، افزایشی بود. ولی با توجه به ضرایب استاندارد شده، این تأثیر کمتر از کاتالاز به‌دست آمد. به لحاظ منفی شدن ضریب رگرسیونی استاندارد برای آنزیم سوپر اکسید دیسموتاز می‌توان گفت که با افزایش فعالیت این آنزیم، مقاومت ماش به تنش خشکی افزایش نمی‌یابد.نتیجه‌گیری: غلظت بهینه آنزیم‌های کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز و گایاکول پراکسیداز برای حصول حداکثر مقاومت به خشکی ماش به ترتیب برابر با μmol H2O2 g−1 FW 956/0، AU g−1 FW 23/24، و AU g−1 FW 23/21 بود. شایان ذکر است که این غلظت‌های بهینه، همه در دامنه غلظت‌های مشاهده شده بودند. به علاوه اینکه طبق گزارش‌ها، از لحاظ فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان در ماش، تنوع ژنتیکی (پیش‌نیاز انجام امور اصلاحی در جهت غلظت‌های بهینه) وجود دارد.