بررسی اثر متقابل اسیدآمینه l- هیستیدین و کلسیم بر افزایش مقاومت سه رقم گوجه فرنگی به تنش نیکل در محیط رشد آب کشت

نیکل جهت رشد بسیاری از گیاهان، یک عنصر تغذیه ای بسیارکم مصرف محسوب شده و مقادیر اضافی آن به شدت موجب سمیت می شود. در این پژوهش، تاثیر متقابل کلسیم و اسید آمینه هیستیدین بر بهبود و یا تغییر پارامترهای رشد، تغذیه پتاسیمی، ترکیبات چرخه آسکوربات- گلوتاتیون، فعالیت آنزیم آنتی اکسیدان، پراکسیداسیون لیپیدها و تجمع برخی عناصر مانند نیکل، کلسیم، منیزیم، آهن، مس و فاکتور انتقال نیکل، در سه رقم گوجه فرنگی قابل کشت در ایران شامل؛ کال جی، ارلی اوربانا و پتوارلی تحت تنش نیکل در محیط کشت هیدرو پونیک مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفت. محیط کشت گیاهان مورد نظر، دارای محلول هوگلند بود که بطور مداوم هوادهی شده و هر روز با یک محلول تازه هوگلند جایگزین می گردید. نهال های گوجه فرنگی در یک گلخانه دارای شدت نور 10 کیلولوکس حاصل از لامپ های بخار سدیمی و همچنین شرایط 16 ساعت روشنایی با دمای 25 درجه سانتی گراد و 8 ساعت تاریکی با دمای 22 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 45 درصد، به مدت 3 هفته کشت در محیط کشت هیدروپونیک رشد نمودند. پس از گذشت این مدت، اثر تیمارهای مختلف حاوی کلسیم، هیستیدین و نیکل بر پارامترهای مختلف رشد، اکسیداتیو، تغذیه ای و فیزیولوژیکی با تعویض محلول پایه با محلولهای تازه هوگلند دارای تیمارهای مختلف به مدت 10 روز بررسی شد و محلول های تیمار نیز هر روز تعویض و هوادهی می شدند. تیمارها دارای غلظت های 0، 150 و 300 میکرومولار سولفات نیکل ii و همچنین 400 و 700 میکرومولار کلسیم و 0 و 300 میکرومولار هیستیدین اضافی بودند که در محلول پایه هوگلند با رقت یک دهم تهیه می شدند و در نهایت اسیدیته محلولهای تیمار با استفاده از محلول پتاس غلیظ بین 5/9-5/7ثابت نگه داشته می شد. پارامترهایی شامل رشد طولی، وزن تر، وزن خشک در ریشه و ساقه، سطح و محتوای نسبی آب برگ، محتوای اسیدهای آمینه آزاد، سیستئین، پرولین، تجمع پتاسیم در ریشه و ساقه گیاهان تحت تیمار مورد سنجش قرار گرفتند. همچنین فعالیت آنزیمهای مختلف آنتی اکسیداتیو مانند cat، gpx، apx، sod، gr، lox، ppo، sat و pal نیز در این تحقیق سنجش گردید. بعلاوه، تغییرات محتوای متابولیت ها و شاخص هایی مانند آسکوریات، دهیدروآسکوربات، آب اکسیژنه، گلوتاتیون احیاء، نشت یونی برگ، میزان انواع کلروفیل a، b و کل، کارتنوییدها، پروتئین کل، تجمع مالون دآلدئید و سایر آلدئیدها نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت بررسی گسترش یونهای نیکل در ریشه و ساقه گیاهان تحت تیمار، مقاطع عرضی گیاهان مذکور با محلولی ویژه دارای رنگ دی متیل گلی اکسیم (dmg) رنگ آمیزی و مطالعه شد. طراحی آماری آزمایش نیز با استفاده از طرح کاملا تصادفی بصورت 4 تکرار، 3 رقم و 12 تیمار صورت گرفت. داده های بدست آمده با استفاده از آنالیز واریانس anova و آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح معنی دار 5 درصد و با استفاده از نرم افزار spss مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفتند. نتایج حاصل از پارامترهای رشد نشان داد که سطوح سمی نیکل بکاررفته در هر سه رقم گوجه فرنگی، موجب کاهش رشد طولی اندام هوایی و ریشه، سطح برگ، رنگیزه های برگی، محتوای پتاسیمی اندام هوایی و ریشه نسبت به شاهد شده است و کاربرد توام کلسیم و هیستیدین موجب بهبود این پارامترهای رشد و تغذیه ای گیاهان تحت تنش نیکل گردید. همچنین تیمارهای حاوی کلسیم و هیستیدین موجب کاهش میزان پرولین و اسیدآمینه های افزایش یافته تحت تنش نیکل گردیدند. کاربرد کلسیم به تنهایی و یا توام با هیستیدین موجب افزایش چشمگیرو معنی دار سطح برگ و برخی دیگر از پارامترهای رشد در ارقام کال جی و پتوارلی، نسبت به رقم ارلی اوربانا گردید. بنابراین اثر متقابل کلسیم و هیستیدین موجب بهبود تغذیه پتاسیمی و افزایش مقاومت و رشد گیاهان تحت تنش نیکل در این پژوهش گردید. تحلیل نتایج مربوط به شاخص های اکسیدانی نیز نشان داد که؛ به طورکلی تنش نیکل موجب افزایش تجمع آب اکسیژنه، mda، سایر آلدئیدها و میزان نشت یونی، فعالیت آنزیمهای gpx, lox, apx نسبت به گیاهان گروه شاهد در رقم ارلی اوربانا گردید و کلسیم و هیستیدین موجب تخفیف اثرات تنش نیکل بر این شاخص های اکسیدانی گردند. بهرحال تحت تنش نیکل میزان gsh، دهیدروآسکوربات و فعالیت آنزیم گلوتاتیون ردوکتاز را بطور قابل توجهی کاهش داد، در حالیکه تیمارهای حاوی نیکل، کلسیم و هیستیدین موجب افزایش و جبران این شاخص های آنتی اکسیدانی نسبت به شرایط تنش شدند. باید بیان نمود که کاربرد جداگانه کلسیم یا هیستیدین موجب بهبود معنی دار میزان پروتئین و آسکوربات اندام هوایی، gsh و فعالیت آنزیم های pal و cat در بافت ریشه در مقایسه با شرایط تنش گردید. بازدارندگی تجمع آب اکسیژنه و القاء تنش اکسیداتیو حاصل از تنش نیکل مربوط به تغییرات، تعدیل و تنظیم چرخه آسکوربات-گلوتاتیون بوده که می تواند به دلیل کاربرد توام و یا جداگانه کلسیم یا هیستیدین در محیط کشت گیاهان باشد. بنابراین کاربرد توام و یا جداگانه کلسیم یا هیستیدین موجب بهبود فعالیت کاتالیتیکی آنزیمهای مرتبط با تنش اکسیداتیو می گردد. بطورکلی، فعالیت بیشتر سیستم آنتی اکسیدانی آنزیمی با استفاده از کلسیم و هیستیدین، ممکن است جهت مقاومت ارقام گوجه فرنگی مانند ارلی اوربانا به تنش اکسیداتیو حائز اهمیت باشد. همچنین نتایج بدست آمده از گیاهان ارقام کال جی و پتوارلی نشان داد که؛ استفاده از کلسیم یا هیستیدین موجب کاهش پارامترهای آنتی اکسیدانی مانند نشت یونی، آب اکسیژنه، mda، تجمع نیکل در ریشه و اندام هوایی و فعالیت آنزیم cat در معرض تنش نیکل گردید، در حالیکه این شاخص ها تحت تنش نیکل نسبت به شاهد افزایش یافته بودند. تنش نیکل بدون حضور کلسیم یا هیستیدین اضافی، موجب کاهش فعالیت آنزیمهای gpx, apx و sod، میزان کلسیم و آسکوربات ریشه و اندام هوایی در دو رقم کال جی و پتوارلی گردید. مقادیر اضافی کلسیم و هیستیدین توانست میزان فعالیت این آنزیمها و تجمع کلسیم و آسکوربات را افزایش دهد و همچنین تجمع نیکل را به طور متفاوتی در دو رقم ذکر شده گوجه فرنگی کاهش دهد. همچنین کاربرد توام کلسیم یا هیستیدین موجب تاثیر بسزایی در کاهش اثرات تنش نیکل به ویژه در رقم پتوارلی گردید. بنابراین نتایج حاصل از این دو رقم گوجه فرنگی نیز نشان داد که اثر متقابل کلسیم با هیستیدین موجب بهبود پاسخهای سازگارکننده به تنش اکسیداتیو ناشی از تنش نیکل گردید. بنابراین نتایج این پژوهش پیشنهاد می نماید که؛ کاربرد توام کلسیم و هیستیدین، تنش اکسیداتیو ناشی از مقادیر سمی نیکل را طریق مکانیسم های بازدارندگی جذب و انتقال نیکل به همراه بهبود و تقویت فرایند شلاته کنندگی نیکل در ارقام گوجه فرنگی مورد مطالعه کاهش داده است. سنجش عناصر مختلف با روش icp هم نشان داد که تجمع نیکل در اندام هوایی تحت تنش نیکل افزایش یافته است. مقادیر اضافی کلسیم و هیستیدین موجب کاهش تجمع نیکل ریشه و اندام هوایی و ضریب انتقال نیکل بویژه در گیاهان رقم پتوارلی تحت تنش نیکل گردید. تنش نیکل همچنین موجب کاهش تجمع عناصر تغذیه ای منیزیم، کلسیم، مس و آهن گردید و کاربرد کلسیم و هیستیدین موجب بهبود تغذیه گیاه از طریق کاهش جذب نیکل گردید. بنابراین کلسیم و هیستیدین موجب تخفیف اثرات مخرب نیکل بر تغذیه گیاهی بویژه در رقم پتوارلی گردیدند. سرانجام با توجه به داده های حاصل از روش icp و مطالعات هیستوشیمیایی، کلسیم و هیستیدین موجب بهبود تغذیه گیاهان تحت تیمار و کاهش تجمع نیکل بطورمتفاوت در ارقام مورد مطالعه شدند. با توجه به مطالعات هیستوشیمیایی، الگوی اصلی پراکنش نیکل در ریشه و اندام هوایی رقم پتوارلی، تحت تیمارهای مختلف نیکل حاوی یا بدون کلسیم و هیستیدین، با داده های حاصل از روش icp مطابقت دارد. بنابراین به طور کلی، اثر متقابل کلسیم و هیستیدین، از طریق ممانعت از تجمع و انتقال نیکل و همچنین بهبود تغذیه در ارقام گوجه فرنگی تحت تنش نیکل شدند، که این امر موجب بهبود پاسخ های سازگار کننده مختلف گیاهان مورد مطالعه جهت کاهش تنش نیکل گردید.