عنوان :

مقاله تغییرات محتوای آمینواسیدهای آزاد، ترکیبات فنلی و ترکیبات ایمیدازولی در دانه های در حال رویش سویا تحت اثر تنش شوری اسمزی و ژیبرلین

تعداد صفحات : ۱۲۶

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده:

جوانه زنی حساس ترین مراحل رشد و نمو گیاهان است و جوانه زنی ضعیف در خاکهای شور باعث استقرار کم و تولید ضعیف گیاهچه ها و بالاخره منجر به کاهش محصول می شود.

خشکی و شوری طولانی بدترین ضربات کشاورزی است. یک مکانیسم موثر در کاهش صدمات حاصل از این تنش های خشکی و شوری تجمع سطوح بالایی از حفاظت کننده های اسمزی درون سلولی است.

در پژوهش حاضر تاثیرات تنش شوری ناشی و تنش اسمزی و یا بدون ژیبرلین  بر محتوای آمینو اسیدی، ترکیبات فنلی و نیز ترکیبات ایمیدازولی در حین رویش دانه های سویا رقم پرشینگ (Glycine max L. cv. pershing) مورد بررسی قرار گرفته است.

دانه های سویا رقم پرشینگ پس از شستشو با آب مقطر به مدت ۱۰ دقیقه را در محلول ۱۰% هیپوکلریت سدیم جهت میکروب زدایی سپری کردند. پس از آن برای مدت ۴۸ ساعت در ظروف پتری بین کاغذ صافی و اتمن نمره ۱ (۵ تکرار برای هر تیمار) در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی ۹۰% در تاریکی(با بکارگیری ژرمیناتور Faniran– 747) قرار گرفتند. آبیاری با آب مقطر یا محلول نمکی کلرور سدیم ۵۰ میلی مولار یا محلول نمکی کلرور سدیم ۵۰ میلی مولار و هورمون ژیبرلین ۱۰ میکروگرم بر میلی لیتر (ppm) یا محلول پلی اتیلن گلیکول ۶۰۰۰ هم فشار با آن(۶۴ گرم بر لیتر) یا محلول پلی اتیلن گلیکول ۶۴ گرم بر لیتر و هورمون ژیبرلین(GA)10میلی گرم بر میلی لیتر و یا هورمون ژیبرلین ۱۰ میکروگرم بر میلی لیتر در ابتدای آزمایش و نیز فواصل ۸ ساعته انجام گرفت.

بسته به نوع سنجش موردنظر در پایان هر مقطع ۸ ساعته و یا در پایان ۴۸ ساعت دانه ها مورد استفاده قرار گرفتند.

بر اساس نتایج حاصل،  تیمارهای نمکی و پلی اتیلن گلیکول قادر به ایجاد تاخیر در جوانه زنی دانه ها هستند و ژیبرلین این تاخیر را جبران می نماید.

به نظر می رسد که تیمار نمکی به ویژه با ایجاد تاخیر در افزایش محتوای آمینو اسیدی، آرژینین وترکیبات ایمیدازولی موجب تاخیر در جوانه زنی است در حالی که تنش اسمزی با ایجاد تاخیر و یا

کاهش در محتوای کلی آمینواسیدها و نیز محتوای گلیسین بتائین و پرولین باعث این تاخیربوده است.

افزایش تدریجی محتوای پرولین و گلیسین بتائین در حین تنش اسمزی و افزایش محتوای آرژینین و ترکیبات ایمیدازولی در تنش نمکی به طور احتمالی مکانیسمهای مهم مقابله با تنشهای مزبور در حین رویش دانه هستند.

به نظر نمی رسد که تغییر محتوای ترکیبات فنلی در حین رویش دانه دلیل قاطعی در تغییر قابلیت رویشی دانه ها باشد.

ژیبرلین به تنهایی و یا توام با تنشهای به کار رفته در این پژوهش باعث حفظ و یا افزایش محتوای  ترکیبات مورد سنجش بوده است.

پاسخ مقاطع زمانی مختلف به ویژه مراحل جوانه زنی مطلق و رشد در طی ۴۸ ساعت به تیمارهای مورد استفاده به طور لزوم مشابه نمی باشد.

واژه های کلیدی: تنش شوری ، کلرور سدیم ، تنش اسمزی ، پلی اتیلن گلیکول، جوانه زنی، ژیبرلین

فهرست مطالب

چکیده:    ۱
مقدمه    ۲
اهداف پژوهش    ۴
فصل اول :    ۵
سابقه تحقیق    ۵
سابقه تحقیق    ۶
۱-۱- جوانه زنی دانه و تنش های شوری و خشکی :    ۶
۱-۲- پاسخ گیاهان به تنش های شوری و خشکی :    ۷
۱-۳- اهمیت حفاظت کننده ها و تعدیل کننده های اسمزی :    ۸
۱-۴- اسیدهای آمینه و تنش های شوری و خشکی :    ۹
۱-۵- اهمیت ژیبرلین در جوانه زنی :    ۱۳
۱-۶- جوانه زنی دانه ها،  ترکیبات فنلی و ترکیبات ایمیدازولی:    ۱۴
فصل دوم    ۱۶
مواد و روشها    ۱۶
۲-۱-  جوانه زنی دانه ها و تیمارهای مختلف :    ۱۷
۲-۲-  روش سنجش آمینواسیدهای آزاد کل(۱۹۶۸Shrikov ) :    ۱۷
۲-۳- روش سنجش آرژینین :    ۱۸
۲-۴- روش سنجش ترکیبات ایمیدازولی  :    ۱۸
۲-۵- روش سنجش ترکیبات فنلی :    ۱۹
۲-۶-  روش سنجش پرولین(۱۹۷۳،Bates) :    ۱۹
۲-۷-  روش سنجش گلیسین بتائین :(sairam  و همکاران ،۲۰۰۲)    ۲۰
۲-۸- روش های آماری :    ۲۰
فصل سوم    ۲۱
نتایج    ۲۱
۳-۱- جوانه زنی:    ۲۲
۳-۲- محتوای کلی آمینواسیدهای آزاد:    ۲۲
۳-۳- محتوای آرژینین آزاد:    ۲۲
۳-۴- محتوای گلیسین بتائین آزاد:    ۲۳
۳-۵- محتوای پرولین آزاد:    ۲۳
۳-۶- محتوای کلی ترکیبات فنلی:    ۲۴
۳-۷- محتوای کلی ترکیبات ایمیدازولی:    ۲۴
فصل چهارم :    ۱۰۴
بحث و نتیجه گیری    ۱۰۴
۴-۱- دلایل احتمالی تاخیر جوانه زنی در کلرور سدیم ۵۰ میلی مولار:    ۱۰۵
۴-۲- دلایل تاخیر جوانه زنی در پلی اتیلن گلیکول ۶۴ گرم بر لیتر:    ۱۰۵
۴-۳- مکانیسم های احتمالی مقابله با شوری و تنش اسمزی:    ۱۰۶
۴-۴- اثرات ژیبرلین در جبران آثار منفی تنش شوری و تنش اسمزی:    ۱۰۶
۴-۵- مقایسه تنش اسمزی و تنش نمکی:    ۱۰۷
۴-۶- مقایسه با دیگر پژوهشها:    ۱۰۷
نتیجه گیری نهایی :    ۱۰۹
پیشنهادات:    ۱۱۱
منابع    ۱۱۲

منابع

۱- ساطعی، آ. و قربانلی، م. پایان نامه دکتری، دانشگاه تربیت معلم تهران (۱۳۸۳)

۲- صلبی، ف. و ساطعی، آ. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد گرگان (۱۳۸۴)

۳- Abdel-Aziz, I.M., M.H. Mahmoud and M.A. Ashoub. 1985. Interactive      effects of indol acetic acid(IAA) and salinity on the germination and growth      of soybean seedlings. Annuals. Agricul. Sci. Ain. Shams. University, 30(2):       ۱۰۹۳-۱۱۰۸

۴- Almansouri, M., j.M.Kinet and S.Lutts. 2001. Effect of salt and osmotic        stresses on germintion in durum wheat(Tricium durum Desf). Plant and              Soil, 231: 234-254.

۵ – Andarwulan N, Fardiaz D, Wattimena GA, Shetty K., 1999, Antioxidant                                                                                       activity associated with lipid and phenolic mobilization during seed germination of Pangium edule Reinw. J Agric Food Chem Aug;47(8):3158

-۶۳۳

۶- Andresen, P.A., Kaasen, I., Styrvold, O.B., Boulnois, G., and Strom, A.R. (1998). Molecular cloning, physical mapping and expression of the bet genes gverning the osmoregulatory choline- glycine betaine pathway of Escherichia coli J. Gen. Microb. 134m 1735- 1746.

۵- Bates, S., 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil,39, 205–۲۰۷٫

۶- BENSEN, R.J.; BEALL, F.D.; MULLET, J.E.; MORGAN, P.W. Detection of endogenous gibberellins and their relationship to hypocotyl elongation in soybean seedlings. Plant Physiology, v.94, p.77-84, 1990.

۷- Bliss, R.D., K.A. Plant- ALOia and. 1986. Osmotic sensitivity in relation to salt sensitivity in germinating barley seeds. Plant cell Environ, 9: 721- 25.

۸- Blum, A., 1982. Plant breeding for stress environments. CRC Press, 99–۱۱۰٫

۹- Birnberg, P.R.; Brenner, M.L. Effect of gibberellic acid on pod set in soybean. Plant Growth Regulation, Dordrecht, v.5, p.195-206, 1987.

۱۰- Bohnert, H.J., Nelson, D.E., and Jensen, R.G.(1995). Adaptations to envinmontal stresses. plant Cell 7, 1099- 1111.

مقدمه

گیاه شناسی سویا

گیاه سویا با نام علمی Glycine max(L.)Merril از خانواده لگومینوز گیاهی یکساله خزنده از نباتات قدیمی و بومی آسیا که در نواحی شمال شرقی چین، کره، تایوان و ژاپن شناسایی و کشت آن مرسوم شد. بیشترین کشت سویا در شمال ایران و منطقه استان گلستان صورت می گیرد و دارای زراعت بهاره و تابستانه است.

سویا جهت تولید روغن و پروتئین کشت می شود. مصرف پروتئین های سویا به منظور ارزش دارویی و غذایی آن در سلامتی انسانها و همچنین کنجاله آن به مصرف خوراک دامها اهمیت بسزایی یافته است. دانه سویا به طور متوسط ۱۸% روغن و ۴۴% پروتئین دارد. پروتئین در مکانهای خاصی در دانه بنام مخازن پروتئین یا دانه های آلرون ذخیره می شوند.

دانه های سویا با شکل ظاهری متفاوت و بیضی شکل و دارای جنین هستند که بوسیله پوسته خارجی دانه احاطه شده است و دارای مقداری ناچیز بافت آندوسپرم می باشند. ناف دانه بر روی پوسته خارجی دانه با چشم غیرمسلح دیده می شود. به صورت بیضی بوده و محل اتصال دانه به تخمدان است. میکروپیل سوراخ کوچکی است که در پوسته خارجی دانه در یکی از دو سر ناف دانه قرار دارد و گاهی در زیر پوسته خارجی دانه قابل رویت است. پوسته خارجی دانه شامل هشت تا ده لایه سلولی است که خارجی ترین لایه متشکل از سلولهای اپیدرم نامیده می شود.

لایه بعدی در زیر اپیدرم بنام هیپودرم است و ۶ تا ۸ لایه دیگر داخلی لایه های پارانشیم هستند که از سلولهای پهن با دیواره نازک تشکیل می شوند . بعلت پوشش واکسی پوسته خارجی دانه تبادل گازی جنین و محیط خارج تنها از طریق میکروپیل صورت می گیرد. البته آب از سطح کل پوسته خارجی دانه جذب دانه می شود. رویان(جنین) متشکل از دو لپه، ساقه چه یا دو برگ ساده و محور لپه همرا با ریشه چه است. مواد غذایی ذخیره شده در بذر در شرایط مناسب محیطی جهت تولید ریشه و ساقه به مصرف رسیده و گیاه جوان از خاک خارج و صورت یک بوته خودکفا درآمده و جهت تشکیل نسل جدید دانه تولید می کند. ریشه چه حدود ۱ تا ۲ روز بعد از کشت از شکاف ایجاد شده در پوسته بذر نزدیک میکروپیل از بذر خارج گشته و بطرف پائین رشد می کند .

دانه های سویا حاوی پروتئین، لیپید، هیدرات کربن و عناصر معدنی است. پروتئین و لیپید قسمت اعظم ارزش تجاری سویا را شامل می شوند. ارزش اسیدهای آمینه ضروری سویا بر اساس نیازهای بدن انسان بجز اسیدهای آمینه سولفوردار برابر و یا بیشتر از ارزش اسیدهای آمینه موجود در تخم مرغ است. متیونین مهمترین اسید آمینه نایاب است. واریته ها از نظر ترکیبات اسیدآمینه فاقد اختلافات حائز اهمیت هستند. پروتئین سویا در مقایسه با سایر پروتئین های گیاهی دارای لیزین بیشتری بوده و می تواند برای افزایش ارزش غذایی سایر پروتئین های گیاهی استفاده شود. بطور کلی سویا به عنوان غذای پروتئینی سه خصوصیات زیر را که در هیچ غذای پروتئینی وجود ندارد ، دارا می باشد.

قابلیت هضم بالا

میزان پروتئین آن بیشتر از سایر غذاهاست.

میزان اسیدهای آمینه ضروری برابر نیازهای بدن انسان است.

اهداف پژوهش

اهداف پژوهش حاضر را میتوان شامل چند محور عمده دانست .

مشخص کردن حساس ترین مقاطع زمانی رویش دانه با تنش شوری

بررسی اثر احتمالی ژیبرلین در شرایط شور در بهبود جوانه زنی و محتوای آمینواسیدی

تفکیک اثرات اسمزی و یونی شوری بر جوانه زنی و محتوای آمینواسیدی

تفکیک اثرات اسمزی و یونی شوری بر جوانه زنی و محتوای آمینواسیدی دانه ها در حین رویش

  فصل اول :سابقه تحقیق

۱-۱- جوانه زنی دانه و تنش های شوری و خشکی :

جوانه زنی حساس ترین مراحل رشد و نمو گیاهان است و جوانه زنی ضعیف در خاکهای شور باعث استقرار کم و تولید ضعیف گیاهچه ها و بالاخره منجر به کاهش محصول می شود

( Khajeh Hosseini و همکاران،۲۰۰۳).

جوانه زنی، به معنای ظهور ریشه چه و ساقه چه، طویل شدن آنها و اختصاص مواد غذایی ذخیره به محور جنینی، جزو اولین مراحل چرخه زندگی می باشد و نقش تعیین کننده ای در استقرار گیاهچه دارد.

گیاهان در مرحله جوانه زنی به همان نسبت مراحل بعدی رشد در برابر شوری مقاومت می کنند و گاهی اوقات در مراحل جوانه زنی مقاوم تر نیز می باشند. ولی موارد استثناء نیز وجود دارد. به عنوان مثال چغندر قند در مرحله جوانه زنی نسبت به شوری حساس تر از مراحل بعد است.

درصد جوانه زنی، به مفهوم زمان جوانه زنی، طول ریشه و اندام هوایی، و وزن خشک و تازه دانه رست در این بررسی اندازه گیری شده اند. جوانه زنی نتایج آشکاری برای ژنوتیپ های متفاوت تنش دارد. هر دو PEG , NaCl (پلی اتیلن گلیکول) مهارکننده جوانه زنی و رویش دانه رست در همه کولتیوارهاست، اما اثرات NaCl در مقایسه با PEG کاهش جوانه زنی و رویش دانه رست است. همه کولیتوارها قادر به جوانه زنی در همه سطوح NaCl هستند بدون اینکه کاهشی در جوانه زنی باشد، در حالیکه کاهش موثر در جوانه زنی در ۶- بار PEG ثبت شده است که شامل مهار جوانه زنی در پتانسیل آبی اکی والان  NaCl و PEG در طی تنش اسمتیکی نسبت به سمیت شوری است.

حساسیت به تنش خشکی Wilson و همکاران در۱۹۸۵ نشان دهنده مراحل آسانتر رویش نسبت به حساسیت به شوری است( Cerda و همکاران ،۱۹۸۲ ).

شوری به عنوان فاکتور نفوذی اصلی خواب دانه مشخص شده که در محدوده های arid و semi- arid تثبیت شده اند( Almansouri و همکاران ،۲۰۰۱ ).

جوانه زنی و رویش دانه رست در خاکهای شور در پاسخهای گوناگونی که برای گونه ها و کولتیوارهاست کاهش دارد( Bliss و همکاران ، ۱۹۸۶)و(Simpson و Hampson  در ۱۹۹۰).

شوری روی جوانه زنی دانه ها موثر است و با پتانسیل اسمزی خارجی در حضور جذب آب یا طی اثرات سمی یونهای CL^– , Na⁺ در جوانه زنی دانه رست است( Khajeh Hosseini و همکاران۲۰۰۳).

Ziemklewicz و Cronin در ۱۹۸۱ اثر بازدارندگی شوری را در مورد جوانه زنی دانه رقمهایی از آستراگالوس مشاهده نمودند.

PEG , NaCl اثرات معکوس با جوانه زنی و رویش دانه رست نخود دارند، اما PEG اثر مهارکننده وسیعتری نسبت به NaCl دارد. NaCl اثر کمتری روی جوانه زنی و رویش دانه رست نسبت به PEG نشان می دهد yavari و sadeghian در۲۰۰۴)، مفهوم زمان در پتانسیل آبی، کاهش مفهوم زمان جوانه زنی در NaCl را نسبت به PEG با سرعت جذب بیشتر آب در محلولهای NaCl توضیح می دهد
( Khajeh Hosseini و همکاران ، ۲۰۰۳). جوانه زنی سریعتر در NaCl یافت شده است( Delgado و همکاران ، ۱۹۹۴).

با ورود نمک به بافتهای داخلی بذر، ظرفیت آب درون آن کاهش و جذب افزایش می یابد. به هر حال نمک جذب شده به داخل بذر اثر سمی بر روی بافتها دارد و قابلیت جوانه زنی را کاهش میدهد.

گونه های براسیکا در هنگام سبز شدن ورشد اولیه گیاهچه، به شوری حساس هستند و در مراحل بعد(به ویژه از مرحله گلدهی تا تشکیل خورجین یا میوه) نسبتاً مقاوم تر می شوند .

با افزایش مقدار کلرور سدیم، سرعت و درصد جوانه زنی کاهش می یابد. در مورد برخی گیاهان دیگر نیز مشاهده شده است که سرعت جوانه زنی بیش از درصد جوانه زنی به تنش آب حساسیت نشان می دهد. در یک بررسی مشاهده شد که با افزایش شوری، کاهش درصد جوانه زنی ارقام مقاوم کلزا معنی دار نیست ولی در ارقام حساس کاهش کلیه صفات با افزایش شوری معنی دار بود.

سطوح بالای شوری خاک می تواند بطور معنی داری جوانه زنی دانه و رشد دانه رست را نه تنها در گلیکوفیت ها بلکه در هالوفیتها بازدارد. این بازداری به خاطر ترکیبات اثرات با پتانسیل اسمزی بالا و سمیت یونی ویژه می باشد( Katembe و همکاران،۱۹۹۸).

استرس شوری باعث کاهش درصد جوانه زنی در ۹۸ ژنوتیپ( ۱۹۸۹، Brassica Kuhad، ذرت و پنبه،Farah و کلزا۱۹۷۹، Rizk) می گردد.

۱-۲- پاسخ گیاهان به تنش های شوری و خشکی :

اثرات تنش های شوری و خشکی در پتانسیل آبی ۲- ، ۴- ، ۶-  و ۸- بار بوسیله PEG (پلی اتیلن گلیکول ۶۰۰۰) القاء میشوند(۱۹۷۳،Michel و Kaufman). غلظتهای نمک پتانسیل های اسمزی ۲- ، ۴- ، ۶-  و ۸- بار دارد(جریانهای الکتریکی محلولها ۵/۴ ، ۵/۸ ، ۷/۱۲ ، ۳/۱۶ ، دسی زیمنس برمتر
می باشد) (Coons و همکاران ، ۱۹۹۰ ).

جوانه زنی و رویش زودرس دانه رست، برای سه تا کولتیوارهای نخود(Bolero ،Sprinter، utrillo) تحقیق شده اند( Bozoglu و همکاران ، ۲۰۰۴).

برخی متخصصین خسارت شوری بر گیاه را ناشی از کاهش ظرفیت آب خاک در اثر گردآوری املاح و ایجاد خشکی فیزیولوژیکی در محیط ریشه دانسته (Levitt و همکاران،۱۹۸۰). گروهی نیز سمیت یون ها را عامل خسارت شوری می دانند( ۱۹۷۴Redman). به نظر می رسد که اثر هم زمان این دو عامل پیچیده تر از اثرات هر یک از آن ها به تنهایی باشد. به طور کلی تحمل گیاه به شوری ممکن است بر اساس ادامه حیات در شرایط افزایش شوری بررسی شود.

تحقیقات نشان داد که کلرید سدیم برای جوانه زنی یونجه سمیت دارد و در بین واریته های یونجه از نظر تحمل به سمیت و فشار اسمزی حاصل از کلرور سدیم تفاوت هایی وجود دارد.

Puppala و همکاران در ۱۹۹۹ ضمن ارزیابی مقاومت به شوری و جوانه زنی کلزا به این نتیجه رسیدند که جوانه زنی به طور خطی با سطوح شوری کاهش می یابد. با افزایش شوری از ۱/۱۰ تا ۲/۱۶ دسی زیمنس بر متر نسبت به شاهد، ۴۰ درصد بازدارندگی جوانه زنی دیده می شود. خاکهایی که دارای شوری بالاتر از ۲/۱۶ دسی زیمنس بر متر هستند می توانند باعث کاهش محصول کلزا به خاطر کاهش جمعیت گیاه شوند. شوری موجب کاهش درصد جوانه زنی کلزا می شود ولی تا ۱۶ دسی زیمنس بر متر اثر آن معنی دار نبوده است. شاخص میانگین زمان نصف جوانه زنی صفت قابل توجهی نبوده است زیرا تقریباً در کلیه ارقام و تیمارها نیمی از بذور در زمانی مشابه(روز سوم) جوانه زده بودند.

Wang و همکاران در ۱۹۹۹ نشان دادند که هدایت الکتریکی پائین تر از ۳ دسی زیمنس بر متر کاهش معنی داری در جوانه زنی و رشد دانه رست سویا دیده نمی شود و کاهش وقتی معنی دار است که هدایت الکتریکی خاک به حدود ۱۱ دسی زیمنس برمتر برسد. گزارشات مشابه دیگری نیز مبنی بر کاهش میزان جوانه زنی دانه های سویا با افزایش شوری وجود دارد(۱۹۸۱،Ghorashy ، ۱۹۸۶Radman ،۱۹۸۵ Abdol- Aziz).

۱-۳- اهمیت حفاظت کننده ها و تعدیل کننده های اسمزی :

خشکی و شوری طولانی بدترین ضربات کشاورزی است. یک مکانیسم موثر در کاهش صدمات حاصل از این تنش های خشکی و شوری تجمع سطوح بالایی از حفاظت کننده های اسمزی درون سلولی است. این ترکیبات شامل پرولین، اکتوین، بتائین ها، پلی ال ها، وترهالوز هستند و در اندام های زنده مختلفی گسترش دارند. برخی محصولات کشاورزی سطوح پائینی از حفاظت کننده ها را دارند، مسیرهای بیوسنتزی حفاظت کننده ها مسیر پتانسیل پیشرفته در بردباری استرس است. یک راه بیشتر گیاهان و دیگر موجودات زنده با تنش اسمتیکی سنتز و جمع آوری ترکیبات حفاظت کننده اسمزی است(یا محلولهای سازگارکننده).

این مولکولهای الکتریکی طبیعی کوچک در غلظتهای مولاری غیرسمی هستند،و پروتئین ها و غشاء ها در برابر اثر دناتوره غلظتهای بالای شوری ها و محلولهای سخت دیگر تثبیت شده اند (۱۹۹۴yancey).

اساس فیزیکوشیمیایی اثر محافظت کننده های پیچیده دفع مولکولهای حفاظت کننده اسمزی از محدوده هیدراسیون پروتئین هاست( ۱۹۹۲،Timasheff). در محیطهای خشک یا شور حفاظت کننده های اسمزی هم فشار اسمزی سلول را بالا می برند و هم در حفظ سلول تشکیل می شوند. اثرات این محافظت کننده ها پخش حرارت و دیگر تنش ها به اطراف است(۱۹۹۴، yancey).

از نظر شیمیایی، حفاظت کننده های اسمزی سه نوعند : بتائین ها(مشتقات آمینواسیدی N- متیل) و ترکیبات مرتبطی نظیر دی متیل سولفونیوپروپیونات (DMSP) و کولین- O- سولفات، شامل آمینواسیدهای نظیر پرولین و اکتوین، وپلی ال ها و قندهای غیراحیا نظیر ترهالوز.  همه اینها در گیاهان زراعی اتفاق نمی افتد. یک ترکیب مهم از حفاظت کننده های اسمزی که اثرات مفید آنها معمولاً انواع اختصاصی نیستند،، پس حفاظت کننده های متفاوتی هستند که در گیاهان مهندسی شده اند و محافظ گروه جدیدی اند.

در گیاهانی که معمولاً حفاظت کننده های اسمزی تجمع دارند، سطوح ۵۰- ۵ میکرومول بر گرم وزن تر(تقریباً ۶۰- ۶ میلی مول بر اساس آب گیاه) هستند و بالاترین آنها در طی تنش اسمزی ظاهر
می شوند. بطوریکه با گسترش مقداری تنش- القایی تجمع می یابد (۱۹۹۳،Hanson , Rhodes و Bohnert و همکاران، ۱۹۹۵).

در سلولهای گیاهی، حفاظت کننده های اسمزی تنها به سیتوزل، کلروپلاستها و بخشهای سیتوپلاسمی که ۲۰% یا کمتر  حجم سلولهای بالغ را با هم اشغال می کنند محدود شده اند(۸۰% بقیه واکوئل مرکزی بزرگ است). غلظتهای حفاظت کننده های اسمزی به طور معمول غالباً در بخشهای سیتوپلاسمی به ۲۰۰ میلی مول رسیده یا افزوده شده است.

بنابراین غلظتهایی که بویژه اسمزی هستند، و نقش اساسی در حفظ فشار تورژسانس سلول دارند و گرادیان موثر برای جذب آب تحت شرایط تنش هستند(۱۹۹۴، Samaras , Rhodes).

از حفاظت کننده های اسمزی، پرولین،  گلیسین بتائین (GlyBet)، و مانیتول مشترکاً در گیاهان اتفاق
می افتد، در حالیکه DMSP، کولین- O- سولفات، D- مانیتول، وترهالوز بندرت روی می دهد، واکتوین فقط در باکتری یافت شده است. آنزیمهای بیوسنتزی برای این ترکیبات، بعلاوه برخی دیگر، در مهندسی گیاهی کاربرد دارند.

۱-۴- اسیدهای آمینه و تنش های شوری و خشکی :

انباشتگی پرولین با مقاومت به تنش خشکی و شوری در گیاهان همبستگی دارد. بنابراین تولید بسیار  زیاد پرولین در گیاهان ممکن است باعث افزایش مقاومت در مقابل تنش ها گردد.

Gibon و همکاران در ۲۰۰۰ ضمن مطالعه اثر استرس اسمزی بر دیسکهای برگی کلزا نشان دادند که مقدار پرولین انباشته شده بعد از ۲۴ ساعت تیمار، افزایش می یابد. مقدار پرولین انباشته شده  بین ۷۵/۰- و ۰/۳- مگاپاسکال در ارتباط با استرس وارد شده شدیداً افزایش یافت و تا حدود ۶۰۰ میکرومول بر گرم وزن خشک می رسید و در پتانسیل پائین تر از ۳- مگاپاسکال، مقدار پرولین تنزل  می یابد.

متابولیسم پرولین در B.napus تحت تاثیر شوری قرار می گیرد(۱۹۹۸، Gary).

Madan و همکاران در ۱۹۹۴ با مطالعه بر روی کلونهای بدنی Brassica Juncea.L نشان دادند که محتوای پرولین آزاد و فعالیت P₅C ردوکتار با افزایش تنش شوری افزایش می یابد. شوری باعث افزایش محتوای پرولین در سویا می شود(۱۹۹۶ Durgaprasad).

Guerrier و همکاران در ۱۹۹۸ با مطالعه بر روی کالوسهای سویا بیان کردند که وقتی بافتها برای ۵ روز در ۷۰ میلی مول NaCl در تاریکی کشت می شوند بهتر رشد می کنند و نسبت به زمانی که در روشنایی قرار می گیرند پرولین بیشتری انباشته می نمایند. این انباشتگی زیاد پرولین در کالوسهای سویا، بیش از آنکه بازدارنده رشد باشد، یک نقش حفاظتی را بازی می کند.

Kishor و همکاران در ۱۹۹۵ با ایجاد گیاهان توتون با بیان بسیار زیاد – پیرولین-۵- کربوکسیلاز سنتاز که باعث افزایش تولید پرولین می شود به این نتیجه رسیدند که تولید بسیار زیاد پرولین باعث افزایش زیتوده ریشه و نمو گل در گیاهان تراریخت تحت شرایط تنش خشکی میشود.

این داده ها اثبات کرد که پرولین بعنوان یک محافظ اسمزی عمل می کند و تولید بسیار زیاد پرولین، افزایش مقاومت به استرس اسمزی در گیاهان را سبب می شود.

Marabito و همکاران در۱۹۹۶ اثر شوری را بر دو کلون اکالیپتوس مورد توجه قرار دادند و بیان کردند  که در استرس شوری، محتوای پرولین در کلون مقاومتر به نمک نسبت به کلون حساس تر به نمک بالاتر است. گزارشات دیگری نیز مبنی بر افزایش مقدار پرولین در شوری وجود دارد(۲۰۰۲،Ghoulam و۲۰۰۱، Wei).

پرولین در اثر تنش اسمزی ساخته می شود و پس از بهبود، پرولین- اکسیداز در ابتدای مسیری است که آن را به گلوتامات تبدیل می کند پرولین برای ذخیره انرژی، ایجاد قدرت احیاکنندگی و نیز تامین نیتروژن نیز لازم است (Verbuggenو همکاران ،۱۹۹۶). در سویا در اثر تیمار پلی اتیلن گلیکول مقدار اسید آبزیزیک بالا می رود و در نتیجه مقدار پرولین افزایش می یابد (۲۰۰۰،Litian , Zheng). پرولین در حفظ غشاء ها در استرس اسمزی ممکن است در جو نقش داشته باشد(۲۰۰۳، Kocheva و Georgiev).

در اثر پلی اتیلن گلیکول آمینواسیدها و به ویژه پرولین در سیب زمینی افزایش می یابند. اما پیش از آن هگزوزها و نیز ساکارز افزایش می یابند (۱۹۹۸،Heineke , Bussis). در برنج در حضور نور و تاریکی محتوای پرولین تحت اثر تنش اسمزی بالا می رود (۱۹۹۸Agawal , Panndey).

در گیاه هالوفیت Kalidum Capicum ، در محیطهای هم فشار اثر PEG و کلرور سدیم مشابه است ولی رشد دانه رست فقط در PEG صورت می گیرد.

در گیاه Senna Occidentalis هم استرس اسمزی موجب کاهش جوانه زنی می شود (۲۰۰۳،Zambellodepinho , Delachiave).

Hami و همکاران در ۱۹۹۷ نشان دادند که BnD₂₂ پروتئینی در برگهای کلزا (B.napus) است که حین سازگاری با تنش متوالی خشکی و شوری انباشته می شود.

شوری باعث افزایش فعالیت پروتئازی و محتوای پروتئین و آمینواسیدهای سویا می شود (۱۹۹۶،Durgaprasad).

استرس اسمزی موجب تولید پروتئین های دهیدرین (Dehydrin) می شود. گروهی از دهیدرین ها در اواخر جنین زایی تولید می شوند. اسموتین ها پروتئین هایی هستند که در استرس های طولانی تولید می شوند ولی ممکن است گاهی در شوکهای تنش زا نیز ایجاد شوند. در تولید آنها اسیدآبزیزیک نیز نقش دارد(۱۹۹۳،Close وLamners ، Koag و همکاران،۲۰۰۳،Leone و همکاران،۱۹۹۴).

Morabito و همکاران در۱۹۹۶ بیان کردند که در دو کلون اکالیپتوس تنش شوری باعث افزایش آمینواسیدهای محلول در اندامهای مختلف می شود هر چند که این افزایش معنی دار نبوده است. شوری اثرات معنی داری روی محتوای یک پلی پپتید با وزن مولکولی ۱۸ کیلو دالتون داشته است که به ویژه تحت تنش شوری در ریشه های کلون با مقاومت کمتر القا شد. در کلون با مقاومت بیشتر، این پلی پپتید در مقادیر کمتری در شرایط شاهد و تیمار شوری سنتزش را افزایش داد.

نخود از گیاهان تیره لگومینوز است و دانه آن ۲۵- ۱۸ درصد پروتئین دارد . در شرایط کمبود آب در گیاهان علاوه بر تغییرات فیزیولوژیکی و مرفولوژیکی، تغییرات بیوشیمیایی نیز به وجود می آید.از واکنشهای بیوشیمیایی ناشی از کمبود رطوبت محیط تغییر میزان پروتئین ها و اسید آمینه های دیگر نظیر آسپارژین در گیاه افزایش می یابد.

معمولاً میزان پرولین آزاد در گیاهانی که در حد مطلوب آبیاری می شوند بسیار کم و در حدود ۶/۰- ۲/۰ میلی گرم در گرم ماده خشک می باشد. مقدار این ماده پس از کاهش آب بافت ها تا ۵۰-۴۰ میلی گرم در هر گرم ماده خشک افزایش می یابد. در برخی گیاهان در مراحل اولیه تنش کم آبی  چندین اسیدآمینه افزایش می یابد. در برخی گیاهان در مراحل اولیه تنش کم آبی چندین اسیدآمینه افزایش می یابند که با ادامه کم آبی فقط اسیدآمینه پرولین بیشتر تجمع و ذخیره می شود.

این متابولیت ها که به صورت منفرد یا همراه با یکدیگر به منظور کمک به تنظیم و تعادل اسمزی در شرایط کاهش و ظرفیت آب سلول ناشی از تنش کم آبی، سرما و غیره ذخیره می شوند محلولهای سازگار نامیده می شوند.

Todd و همکاران در ۲۰۰۱، با مطالعه بر روی دانه های کاج، تنظیم آرژیناز را در حین جوانه زنی و پس از آن بررسی نمودند. آمینواسیدهای آزاد در حین جوانه زنی و ابتدای مرحله رشد از مگا گامتوفیت هاپلوئید که بافت ذخیره کننده پروتئینهای دانه است به سمت دانه رست سرازیر می شوند. آرژینین بخش عمده این آمینواسیدها است و بدون تغییر به دانه رست منتقل می شود. این آرژینین در برگیرنده حدود نیمی از نیتروژنی است که به لپه ها وارد می شود و شاید عامل مهمی در متابولیسم نیتروژن در آغاز رشد دانه رست باشد. آرژیناز می تواند آن را به اوره و اورنیتین تجزیه کند.

مهمترین منبع نیتروژنه در سویا و دانه های پروتئینی مانند نخود آسپاراژین است. آسپاراژین نسبت نیتروژن به کربن بالاتری نسبت به گلوتامین دارد. در سویا این آمینواسید، ۱۸% نیتروژن پروتئینه و بیش از ۶۲% آمینواسیدهای آزاد در جنین های در حال نمو را تشکیل می دهد( Goldraij و همکاران ۱۹۹۸). فعالیت آرژیناز در هنگام رویش دانه افزایش می یابد (۱۹۹۸،Shelp , Micalle).

Dilworth و Dure در ۱۹۷۸ جریان نیتروژن از آرژینین به سمت آسپاراژین را در حین رویش دانه در مورد دانه های پنبه بررسی نمودند.

این محققین مدلی را مورد بحث قرار دادند که بر اساس آن، آسپاراژین توسط آسپاراژین سنتتاز درلپه ها ساخته می شود. نیتروژن مورد نیاز از آرژینین حاصل از پروتئینهای ذخیره ای به دست می آید. این پروتئینها نیز به نوبه خود، آرژینین را از تبدیلات آسپاراژین در حین تکوین دانه در گیاه مادر به دست آورده اند.

آرژینین تحت اثر آرژیناز به اوره و اورنیتین تبدیل می شود که اوره در اثر اوره آز به آمونیاک و اورنیتین به پرولین و گلوتامات و پلی آمینها قابل تبدیل است(۱۹۹۳،Holland , Polacco). در حین نمو دانه آرژینین سنتز می شود(در لپه ها) و آرژیناز احتمالاً در شرایط درزیوه غیرفعال است (Stebbins و همکاران،۱۹۹۱).

Swamy و همکاران در ۲۰۰۴ در گونه ای از ریزوفورا افزایش فعالیت آرژینین دکربوکسیلاز ومقادیر پوترسین را ضمن رشد هیپوکوتیل گزارش نمودند. در ابتدای رشد این اندام نیز مقدار اسپرمیدین، پوترسین و سپس اسپرمین قابل ملاحظه بوده است که به تدریج پوترسین در ادامه رشد، جای آنها را می گیرد. قابل توجه است که پلی آمین اخیر نیز از آرژینین حاصل می شود.

Bertani و همکاران (پنجمین سمپوزیوم بین المللی گردو)، ذخیره و انتقال نیتروژن از طریق آمینواسیدهای آزاد را در مورد گردو (Walnut) بررسی نمودند. بر اساس نتایج حاصل، محتوای آرژینین در کنار گلوتامات و آلانین در لپه ها و آلانین در جنین بیشترین سهم را در بین آمینواسیدهای آزاد دارد. با این حال در طی رشد، محتوای آرژینین و سیترولین در بخشهای مختلف دانه رست به شدت افزایش
می یابد و تا ۸۰% آمینواسیدهای آزاد بافتهای ذخیره ای را شامل می شود.

این در حالی است که در اندامهای مصرف کننده(Sink) مانند برگها، کاهش یافته و به ۳۰% می رسد. در اوایل بهار آمینواسیدهای آزاددر گیاه بالغ به ویژه از نیتروژن خاک منشاء می گیرند و به تجزیه پروتئینهای بخشهای ذخیره ای ساقه درخت وابسته نیستند.

سیترولین در شیره خام ممکن است تا ۵۰% آمینواسیدهای آزاد را شامل شود و شکل اصلی انتقال نیتروژن است. این اسید آمینه نیز از تبدیلات آرژینین حاصل می شود.

Kato و همکاران در ۱۹۸۲، در مورد باقلا سنتز هیستونها در حین مراحل اولیه جوانه زنی در محور جنینی را بررسی کردند.

بر اساس نتایج این مطالعات، رونویسی، ترجمه و تولید هیستونها در حین جوانه زنی صورت
می گیرد و قبل از آبگیری، محور جنین فاقد mRNA لازم برای این موارد است.

همچنین این سنتز نیاز به آرژینین و لیزین دارد.گلیسین بتائین در برخی اما نه در همه گیاهان عالی،به همان خوبی باکتری و دیگر ارگانیسم ها اتفاق می افتد. در همه  حالات، آن بوسیله اکسیداسیون دو مرحله ای کولین توسط بتائین آلدئید سنتز شده است، اما آنزیمهای مختلفی درگیر هستند.

110,000 ریال – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .