برهمکنش آهن و سیلیسیم بر برخی از صفات بیوشیمیایی نخودفرنگی (Pisum sativum cv. Wando) در شرایط گلخانه‌ایی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد فیزیولوژی و اصلاح سبزی گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

2 استادیار فیزیولوژی و اصلاح سبزی گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

3 استادیار زیست‌شناسی گروه زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

چکیده

ه برهمکنش آهن و سیلیسیم بر برخی از صفات بیوشیمیایی نخودفرنگی (Pisum sativum cv. Wando) در شرایط گلخانه‌ایی
چکیده
سابقه و هدف: نخودفرنگی گیاهی علفی، یکساله و دارای طول عمر کوتاه و با نام علمی L.) Pisum sativm) که بهترین نتیجه را در آب و هوای خنک می‌دهد. هر چند وجود برخی فلزات سنگین همچون آهن، در محلول غذایی یا خاک برای رشد طبیعی گیاهان ضروری می-باشد غلظت‌های زیاد این عناصر از طریق افزایش رادیکال‌های آزاد سمی و القا تنش اکسیداتیو می‌تواند عاملی برای بازدارندگی رشد و ایجاد علایم سمیّت گردد. از طرف دیگر سیلیسیم می‌تواند باعث افزایش تولید و کیفیت محصولات در شرایط تنش ناشی از سمیّت فلزات سنگین از قبیل آهن، منگنز و آلومینیوم در گیاهان شده و بر تحریک تولید برخی آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و فتوسنتز تاثیر مثبت می گذارد. در این پژوهش اثرات سیلیسیم در حضور مقادیر مختلف آهن بر فعالیت برخی خصوضیات بیوشیمیایی در نخود‌فرنگی مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: آزمایش به صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک‌های کاملاً تصادفی با کاربرد سیلیسیم در سه سطح (0، 14 و 28 میلی‌گرم بر لیتر) از منبع متاسیلیکات سدیم (Na2SiO3.5H2O) و آهن در سه سطح (05/0، 1/0 و 3/0 ‌گرم بر لیتر) از منبع کلات آهن با سه تکرار در شرایط گلخانه‌ایی اجرا گردید. محلول غذایی مورد استفاده، محلول هوگلند تغییر یافته بود که، مقادیر یاد شده سیلیسیم و آهن به آن اضافه شده و سپس مصرف گردید. صفات بیوشیمیایی همچون کلروفیل کل، پروتئین محلول کل، میزان مالون‌دی‌آلدهید (MDA)، غلظت پراکسید‌هیدروژن و فعالیت ویژه آنزیم‌های کاتالاز (CAT)، گایاکول پراکسیداز (GPX) و آسکوربات پراکسیداز (APX) مورد ارزیابی قرار گرفتند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که اثرات برهمکنش بین آهن و سیلیسیم بر کلروفیل کل، پروتئین، پراکسید هیدروژن، CAT و APX معنی‌دار شده است. با افزایش غلظت آهن میزان کلروفیل و پروتئین کاهش پیدا کرده اما سیلیسیم باعث افزایش آنها شده است و به عبارت دیگر با کاربرد سلیسیم اثرات تنش ایجاد شده توسط غلظت بالای آهن تقلیل پیدا کرد. در برهمکنش آهن و سیلیسیم بر میزان پراکسید هیدروژن، آهن باعث افزایش و سیلیسیم باعث کاهش آن در تمامی سطوح تیمارها شده است. هر دو تیمار آهن و سیلیسیم باعث افزایش فعالیت آنزیم‌های CAT و APX شده است. از طرف دیگر اثرات متقابل تیمارها بر روی صفات فعالیت ویژه GPX و مالون‌دی‌آلدهید معنی دار نبود بلکه اثرات ساده آهن و سیلیسیم باعث تغییرات معنی‌دار در آنها شدند به طوری که آهن در هر دو باعث افزایش شده ولی سیلیسیم باعث کاهش مالون‌دی‌آلدهید و افزایش GPX شده است.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج مشاهده شده می توان گفت که غلظت های بالای آهن در گیاه نخود فرنگی، همچون اکثر گیاهان باعث افزایش تنش اکسیداتیو شده و سیلیسییم تا حدودی اثرات مخرب این نوع تنش را کاهش داده است. پس می توان از سیلسیم به عنوان یک عنصر مفید در کاهش تنشهای زیستی و غیرزیستی مورد مطالعه و استفاده قرار بگیرد. بر اساس این پژوهش می‌توان گفت آهن با غلظت 1/0 گرم بر لیتر و سلیسیم با غلظت 28 میلی‌گرم بر لیتر بهترین اثر را در بهبود برخی ویژگی‌های بیوشیمیایی نخودفرنگی داشته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Interaction of Fe and Si On Some of Biochemical Characteristics of Chickepea (Pisum Sativum Cv. Wando) In Greenhouse Conditions

نویسندگان [English]

  • Omme Leila Abbaspour shahmaras 1
  • Farzad Rasouli 2
  • Farhad behtash 2
  • Ahmad Agaee 3
1 M.Sc. Graduate of Physiology and Vegetable Breeding, Dept. of Horticultural Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Maragheh University, Maragheh, Iran
2 Assistant Prof. of Physiology and Vegetable Breeding, Dept. of Horticultural Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Maragheh University, Maragheh, Iran
3 Assistant Prof. of Biology, Dept. of Cellular and Molecular Biology, Faculty of Agriculture, Maragheh University, Maragheh, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: The chickpea (Pisum sativum) are an herbaceous annual plant, with a short growth period which gives the best result in a cool climate. Although, exictence of some heavy metals like iron in soil and nutritional solution are essential for growth of plants but the high concentration of them can be an inhibitor of growth and causing toxicity by creation of oxidative stress and increasing ROS toxicity. On the other hand, silicon can increase the yieid and quality of the crops under stress conditions caused by the toxicity of heavy metals such as iron, manganese and aluminum in plants. In this research, the effects of silicon in presence of several iron levels on some biochemical traits in chickpea were studied.
Material and methods: The experiment was conducted as a factorial based on a completely randomized block design which Si at three levels (0, 14 and 28 mg/l) from sodium metasilicate (Na2SiO3.5H2O) and Fe in three levels (0.05, 0.1 and 0.3 g/l) from iron chelate used at three replications in greenhouse conditions. Hoagland's solution was used as nutritional solution, the amounts of Si and Fe were added to it and then consumed. Biochemical traits such as total chlorophyll, total soluble protein, malondialdehyde (MDA) level, hydrogen peroxide (H2O2) concentration, and specific activity of catalase (CAT), guaciole peroxidase (GPX) and ascorbate peroxidase (APX) were evaluated.
Results: The results showed that the interaction of Fe and Si on total chlorophyll, protein, hydrogen peroxide, CAT and APX were significant. The increasing of Fe concentration, chlorophyll and protein reduced but Si caused increasing of them. In other words, by application of Si, the effects of stress which caused by high concentrations of Fe diminished. In the interaction of Fe and Si on H2O2 content, Fe raised and Si decreased it at all the levels of the treatments. Both Fe and Si treatments increased the activity of CAT and APX enzymes. On the other hand, the interaction of treatments on GPX activity and MDA content were not significant. But the simple effects of the treatments caused significant differences in GPX and MDA, so that Fe increased both of them, but Si reduced MDA and increased GPX.
Conclusion: Based on the results, it can be concluded that high concentrations of Fe in chickpea, such as most plants, increase the oxidative stress and Si has somewhat reduced the effects of this stress. Therefore, Si can be studied and used as a useful ingredient in cutting down biotic and abiotic stresses. Based on this study, 0.1 g/l of Fe along with 28 mg/l had the best effect on improving some biochemical characteristics of chickpea.

کلیدواژه‌ها [English]

  • oxidative stress
  • biotic stress
  • ROS
  • elemental toxicity

مراجع

1.Aebi, S.H. 1984. catalas in Vitro. Methods Enzymol. 105: 121-126.
2.Agarie, S., Hanaoka, N., Ueno, O., Miyazaki, A., Kubota, F., Agata, W. and Kaufman, P.B. 1998. Effects of silicon on tolerance to water deficit and heat stress in rice plants (Oryza sativa L.), monitored by electrolyte leakage. Plant Prod. Sci.
1: 96-103.
3.Al-Aghabary, K., Zhu, Z. and Shi, Q. 2004. Influence of Silicon supply on chlorophyll content, chlorophyll fluorescence and antioxidative enzyme activities in tomato plants under salt stress. J. Plant Nutr. 27: 2101-2115.
4.Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplast, polyphenol-oxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol. 24: 1-15.
5.Becker, M. and Asch, F. 2005. Iron toxicity in rice-condition and managemen concepts. J. Soil Sci. Plant Nutr.168: 558-573.
6.Bhattacharjee, S. 2005. Reactive oxygen species and oxidative stress, senescence and signal transduction in plants. Curr. Sci. 89: 1113-1121.
7.Blakrishman, K. 2000. Peroxidase Activity as an Indacator of the Iron Deficiency Banana. Indian J. Plant Physiol. 5: 389-391.
8.Blokhina, O., Virolainen, E. and Fagerstedt, K.V. 2003. Antioxidants, Oxidative Damage and Oxygen Deprivation Stress: A Review. Ann. Bot. 91: 179-194.
9.Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72: 248-254.
10.Chance, B. and Maehly, A.C. 1955 Assay of catalase and peroxidase. Methods Enzymol. 2: 764-775.
11.Choudhary, M., Jetley, U.K., Khan, M.A., Zutshi, S. and Fatma, T. 2007. Effect of heavy metal stress on proline malondialdehyde, and superoxide dismutase activity in the cyanobac terium Spirulina platensis-S5. Ecotoxicol. Environ. Saf. 66: 2. 204-209.
12.Gong, H., Zhu, X., Chen, K., Wang, S. and Zhang, C. 2005. Silicon alleviates oxidative damage of wheat plants in pots under drought. Plant Sci. 169: 2. 313-321.
13.Gunes, A., Inal, A., Bagci, E.G., Coban, S. and Pilbeam, D.J. 2007. Silicon mediates changes to some physiological and enzymatic parameters symptomatic for oxidative stress in spinach (Spinacia oleracea L.) grown under B toxicity. Sci. Hort. 113: 113-119.
14.Heath, R.L. and Packer, L. 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch. Biochem. Biophys. 125: 189-198.
15.Jan, S., Alyemeni, M.N., Wijaya, L., Alam, P., Siddique, K.H. and Ahmad,P. 2018. Interactive effect of24-epibrassinolide and silicon alleviates cadmium stress via the modulation of antioxidant defense and glyoxalase systems andmacronutrient content in Pisum sativum L. seedlings. BMC Plant Biol. 18: 1. 146.
16.Kampfenkel, K. and Montagu, V. 1995. Effects of iron excess on Nicotiana plumbaginifolia plants (implications
to oxidative stress). Plant Physiol.107: 725-735.
17.Khodarahmi, S., Khoshgoftarmanesh, A. and Mobli, M. 2012. Effect of silicon nutrition on alleviating cadmium toxicity-induced damage on cucumber (Cucumis sativus L.) at vegetative stage. ejgcst. 3: 3. 103-110. (In Persian)
18.Kiani Chalmardi, Z. and Abdolzadeh, A. 2013. Role of silicon in alleviation of iron deficiency and toxicity in hydroponically-grown rice (Oryza sativa L.) plants. ejgcst. 3: 4. 79-89. (In Persian)
19.Liang, Y.C. 1999. Effects of silicon on enzyme activity and sodium potassium and calcium concentration in barley under salt stress. Plant Soil. 29: 217-224.
20.Liang, Y.C., Wong, J.W.C. and Long, W. 2005. Silicon-mediated enhacement of cadmium tolerance in maize
(Zea mays L.) grown in cadmium contaminated soil. Chemosphere.58: 475-483.
21.Liang, Y., Sun, W., Zhu, Y.G. and Christie, P. 2007. Mechanisms of silicon mediated alleviation of a biotic stresses in higher plants: A review. Environ. Pollut. 147: 422-428.
22.Majerus, V., Bertin, P. and Lutts, S. 2007. Effects of iron toxicity on osmotic potential, osmolytes and polyamines concentrations in the African rice (Oryza glaberrima Steud). Plant Sci. 173: 96-105.
23.Mehraban, P. and abdolazadeh, A. 2012. Effects of iron excess on the antioxidant activity and patterns of protein electrophoresis in Oryza sativa var. Shafagh. J. Plant Prod. 19: 1. 85-106.
24.Mittle, R. 2002. Oxidative stress, antioxidant and stress tolerance. Ann. Rev. Plant Biol. 7: 405-415.
25.Moussa, H.R. 2006. Influence of exogenous application of silicon on physiological response of salt-stressed maize (Zea mays L.). Int. J. Agric. Biol. 8: 3. 293-297.
26.Nakano, Y. and Asada, K. 1981. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate specific peroxidase inSpinach chloroplasts. Plant Cell Physiol. 22: 867-880.
27.Nenova, V. 2006. Effect of iron supply ongrowth and photosystem II efficiency of pea plants. Gen. Appl. Plant Physiol. (Special issue), 32: 81-90.
28.Neocleous, D. and Vasilakakis, M. 2007. Effects of NaCl stress on red raspberry (Rubus idaeus L. ‘Autumn Bliss’). Sci. Hort. 112: 3. 282-289.
29.Peña-Olmos, J.E. and Casierra-Posada, F. 2013. The photochemical efficiency of photosystem II (PSII) in broccoli plants (Brassica oleracea var. Italica) affected by excess of iron. Orinoquia. 17: 1. 15-22.
30.Pooladvand, S., Ghorbanli, M. and. Farzami, S. 2012. Effect of various levels of iron on morphological, biochemical and physiological properties of Glycine max var. Pershing. IJPP.2: 4. 531-538.
31.Shah, K., Kumar, R.G., Verma, R.S. and Dubey, R.S. 2001. Effect of cadmium on lipid peroxidation superoxide anion generation and activities of antioxidant enzymes in growing rice seedlings. Plant Sci. 161: 1135-1144.
32.Sharma, P., Jha, A.B., Dubey, R.S.and Pessarakli, M. 2012. Reactive oxygen species, oxidative damage and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. J. Bot. Pp: 1-26.
33.Shi, Q.H. and Wang, X.F. 2009. Effects of exogenous silicon on photosynthetic capacity and antioxidant enzyme activities in choloroplast of cucumber seedling under excess manganese. Agr. Sci. China. 8: 1. 40-50.
34.Tale Ahmad, S. and Haddad, R. 2010. Effect of Silicon on Antioxidant Enzymes Activities and Osmotic Adjustment Contents in Two Bread Wheat Genotypes under Drought Stress Conditions. Czech J. Genet. Plant Breed. 26: 2. 207-225.
(In Persian)
35.Thirupathi, K., Jun-Cheol, M., Changsoo, K., Kumariah, M. and Wook, K. 2011. Reactive oxygen species in plant their generation. Signal transduction and scavenging mechanisms. Aust. J. Crop Sci. 5: 6. 709-725.
36.Velikova, V., Yordanov, I. and Edreva, A. 2000. Oxidative stress and som antioxidant system in acid rain treated bean plant. Protective role of exogenous Polyamines. Plant Sci. 151: 59-66.
37.Yeritsyan, N. and Economakis, C. 2002. Effect of nutrient solution’s iron concentration on growth and essential oil content of oregano plants growth in solution culture. Acta Hort. 576: 277-283.
38.Zhu, Z.G., Wei, G.Q., Li, J., Qian, Q.Q. and Yu, J.Q. 2004. Silicon alleviates salt stress and increases antioxidants enzymes activity in leaves of salt-stressed cucumber (Cucumis sativus L.). Plant Sci. 167: 527-533.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 27، شماره 2
شهریور 1399
صفحه 103-119

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار