بررسی تنش اکسیداتیو ناشی از استرس آلودگی کادمیوم و ارتباط آن با صفات فیزیولوژیک بر روی دو گونه اهلی و وحشی گلرنگ

به منظور بررسی تنش اکسیداتیو ناشی از تنش آلودگی به کادمیوم و ارتباط آن با صفات فیزیولوژیک دو گونه اهلی و وحشی گلرنگ و همچنین بررسی نقش دما به عنوان یک فاکتور محیطی تاثیر گذار بر جذب، انتقال و مقاومت به کادمیوم در گیاهان فوق، مطالعه حاضر در 4 بخش انجام شد: 1- تاثیر دما بر روی جذب و انتقال کادمیوم به بخش هوایی، 2- تاثیر دما بر مقاومت به کادمیوم و تعیین ژنوتیپهای حساس و مقاوم بر اساس تولید نسبی بیومس، غلظتی از کادمیوم که سبب کاهش 50 درصد رشد گیاه می شود (ec50% )و غلظتی از کادمیوم که سبب کاهش 5 درصد رشد گیاه می شود (tt95b)، 3- بررسی برخی مکانیسمهای فیزیولوژیکی دخیل در مقاومت به کادمیوم در گیاهان مقاوم، حساس و نیمه حساس انتخاب شده از مرحله قبل، 4- بررسی مکانیسمهای فیزیولوژیک مربوط به تنش اکسیداتیو در شرایط رشد گیاه در خاک آلوده به کادمیوم. در مطالعه اول و دوم که در محیط هیدروپونیک صورت گرفت، چهار ژنوتیپ اهلی گلرنگ (اراک 2811، saffire، c111 و ac-sterling) و چهار ژنوتیپ وحشی (اراک، شیراز، اصفهان و آذری)، نه سطح آلودگی به کادمیوم (0، 5/0، 1، 5، 10، 20، 50، 100 و 500 میکرومولار) و دو دمای 18 و 23 درجه سانتیگراد در طرح تجزیه مرکب فاکتوریل در فالب بلوک کامل تصادفی در محیط هیدروپونیک مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج این دو آزمایش نشان دادند که انتقال کادمیوم از ریشه به بخش هوایی در ژنوتیپهای اهلی بیش از ژنوتیپهای وحشی و غلظت کادمیوم ریشه در ژنوتیپ های وحشی بیش از ژنوتیپ های اهلی بود. اراک به عنوان حساس ترین و ac-sterling به عنوان مقاوم ترین ژنوتیپ به آلودگی کادمیوم شناخته شد. جذب و انتقال کادمیوم در همه ژنوتیپها به جزء ac-sterling با افزایش دما، افزایش یافت و به دنبال آن میزان مقاومت گیاه به کادمیوم کاهش یافت. با توجه با نتایج آزمایش های اول و دوم مطالعه، سه ژنوتیپ ac-sterling، اراک و saffire به ترتیب به عنوان ژنوتیپهای مقاوم، حساس و نیمه حساس به کادمیوم انتخاب و در سه سطح آلودگی (0، 1 و 20 میکرومولار) در یک طرح فاکتوریل در قالب بلوک کامل تصادفی در محیط هیدروپونیک مورد بررسی قرار گرفتند. بیشترین و کمترین غلظت کادمیوم هم درریشه و هم در بخش هوایی به ترتیب در saffire و ac-sterling مشاهده شد، ac-sterling بیشترین انتقال کادمیوم به بخش هوایی را نشان داد. اگر چه تفاوت ژنوتیپها در انتقال کادمیوم ممکن است به مکان تشکیل لایه چوب پنبه ای در نوار کاسپارین ریشه نسبت داده شود، ولی چون در مطالعه حاضر این لایه در هیچ یک از ژنوتیپها تشکیل نشد، بنابراین ظاهرا سهمی در رفتار متفاوت ژنوتیپها در انتقال کادمیوم نداشت. بیشترین و کمترین غلظت کادمیوم باند شده با دیواره سلولی ریشه در سطح 1 میکرومولار به ترتیب مربوط به ac-sterling و اراک بود، درحالیکه در سطح 20 میکرومولار ژنوتیپها به لحاظ این صفت تفاوت معنی دار نداشتند. اوج فعالیت آنزیم sod ریشه و برگ ژنوتیهای saffire و اراک در سطح 1 وac-sterling در 20 میکرومولار مشاهده شد. به لحاظ ظرفیت تبادل کاتیونی ریشه (cec) بین ژنوتیپها تفاوت معنی داری نبود. در آزمایش چهارم، چهار ژنوتیپ اهلی و چهار ژنوتیپ وحشی ذکر شده در آزمایش اول و دوم در گلدانهایی در فضای باز گلخانه و با اعمال چهار سطح کادمیوم (0، 1، 5 و 10 میلی گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک) در یک طرح فاکتوریل در قالب بلوک کامل تصادفی مورد مطالعه قرار گرفتند. بر اساس نتایج حاصل از شاخص مقاومت به کادمیوم، ارتفاع گیاه، پراکسیداسیون لیپیدهای سلول برگ، نفوذپذیری غشا در سلول برگ و میزان رنگیزه های کلروفیل و کاروتنوئید و کارایی کوانتومی فتوسیستمii فتوسنتز، ژنوتیپهای ac-sterling، اصفهان و اراک 2811 در گروه ژنوتیپهای مقاوم قرار گرفتند. بین دو گونه اهلی و وحشی گلرنگ در هیچ یک از صفات مورد مطالعه در این بخش تفاوت معنی داری مشاهده نشد. آسیب وارده به گیاه در سطح آلودگی 1 میلی گرم بر کیلوگرم قابل توجه نبود.بیشترین میزان فعالیت آنزیمهای کاتالاز(cat) و اسکوربات پراکسیداز (apx) در سطح آلودگی 5 میلی گرم بر کیلوگرم مشاهده شد. با افزایش بیشتر کادمیوم به 10 میلی گرم میزان فعالیت آنزیمهای فوق کاهش یافت. میزان افزایش فعالیت آنزیمهای cat و apx در ژنوتیپهای مقاوم بیش از حساس بود. فعالیت آنزیم گلوتاتیون ردوکتاز (gr) در ژنوتیپهای حساس بیش از ژنوتیپهای مقاوم بود. به طورکلی می توان نتیجه گیری نمود که دما سبب افزایش جذب و انتقال کادمیوم به بخش هوایی در گیاه گلرنگ می شود و به تبع آن میزان مقاومت این گیاه به آلودگی کاهش می یابد. ظرفیت تبادل کاتیونی ریشه و مکان تشکیل لایه چوب پنبه ای در نوار کاسپارین نقشی در سیستم مقاومتی گیاه حداقل در شرایط آزمایش حاضر نداشت. باند شدن کادمیوم با دیواره سلولی ریشه فقط در سطح پایین آلودگی در ایجاد مقاومت در ژنوتیپ ac-sterling توانست موثر واقع شود. فعال شدن سیستم دفاع آنزیم های apx و cat در ژنوتیپهای مقاوم گلرنگ نقش کلیدی در افزایش مقاومت به آلودگی داشته است ولی چنین نقشی برای gr و در شرایط آزمایش حاضر پیدا نشد.