اثر کادمیوم بر تغییرات برخی اجزاء سیستم دفاع آنتی‌اُکسیدان آنزیمی و غیرآنزیمی در گیاهچه‌های عدس

پژوهش‌های حبوبات ایران

مقاله 8، دوره 7، شماره 2، دی 1395، صفحه 125-137   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijpr.v7i2.45542

نویسندگان

حمیدرضا کاوسی^* ؛ فاطمه بارنده

دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

سیستم‌های دفاعی متعددی در فائق‌آمدن گیاهان به شرایط تنش‌زا با یکدیگر همکاری می‌نمایند. یکی از این تنش‌ها آلودگی محیط رویش گیاهان به فلزات سنگین است. در این تحقیق به بررسی اثر غلظت‌های مختلف کلرید‌کادمیوم بر محتوای پرولین، فعالیت برخی آنزیم‌های آنتی‌اُکسیدان، فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز و ترکیبات فنلی کل در گیاه عدس پرداخته شده است. از این‌رو، گیاهچه‌های دو هفته‌ای به‌مدت 10‌روز با غلظت‌های مختلف (صفر (شاهد)، 125/0، 25/0، 5/0، 1، 5/2 و 5‌میلی‌مولار) کلرید‌کادمیوم مورد تیمار قرار گرفتند و فاکتورهای ذکرشده در بالا مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی نشان‌داد که میزان ترکیبات آنتی‌اُکسیدان غیر‌آنزیمی (پرولین و فنل) کادمیوم به‌طور معنی‌داری در گیاهچه‌های تیمار‌شده در مقایسه با شاهد افزایش داد. نتایج حاصل از اندازه‌گیری میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اُکسیدان نشان‌داد که با افزایش غلظت کادمیوم، میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اُکسیدان سوپراُکسید‌دیسموتاز، کاتالاز و آسکوربات‌پراُکسیداز در گیاهچه‌های عدس افزایش پیدا می‌کند. هرچند این افزایش در غلظت‌های بیشتر از 5/0‌میلی‌مولار مشهودتر بود. با افزایش میزان کادمیوم در محیط، میزان فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز نیز افزایش نشان‌داد. روند افزایش میزان فعالیت این آنزیم در پاسخ به غلظت‌های مختلف کادمیوم، همانند آنزیم‌های آنتی‌اُکسیدان بود. هرچند میزان القاء فعالیت این آنزیم در مقایسه با آنزیم‌های آنتی‌اُکسیدان بیشتر بود. از نتایج حاصل می‌توان چنین نتیجه‌گیری کرد که سیستم دفاع آنتی‌اُکسیدانی آنزیمی، پرولین و ترکیبات فنلی تولیدشده از طریق مسیر فنیل‌پروپانوئید نقش کلیدی در پاسخ گیاه عدس به تنش فلز سنگین کادمیوم ایفاء می‌کنند.

واژه‌های کلیدی: آنزیم‌های آنتی‌اُکسیدان، ترکیبات فنلی کل، عدس، فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز، کادمیوم

کلیدواژه‌ها

آنزیم‌های آنتی‌اُکسیدان؛ ترکیبات فنلی کل؛ عدس؛ فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز؛ کادمیوم

مراجع

1. Ahmadvand, S., Bahmani, R., Habibi, D., and Forouzesh, P. 2013. Investigation of cadmium chloride effect on growth parameters and some physiological characteristics in bean (Phaseolus vulgaris L.) seedlings. Journal of Agronomy and Plant Breeding 8(4): 167-182. (In Persian).

2. Babula, P., Adam, V., Opatrilova, R., Zehnalek, J., Havel, L., and Kizek, R. 2008. Uncommon heavy metals, metalloids and their plant toxicity: a review. Environmental Chemistry Letters 6: 189-213.

3. Badpa, K., Movahhedi Dehanvi, M., and Yadavi, A. 2015. Interaction of cadmium nitrite and salicylic aside on antioxidant enzyme activity and leaf soluble protein and malondialdehyde of safflower (Carthamus tinctorius L. cv. Soffe). Journal of Plant Process and Function 3(9): 21-32. (In Persian with English Summary).

4. Bates, L.S., Waldren, R.P., and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil 39: 205-207.

5. Beers, R.F., and Sizer, I.W. 1952. A spectrophotometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase. Journal of Biological Chemistry 195: 133-140.

6. Benavides, M.P., Gallego, S.M., and Tomaro, M.L. 2005. Cadmium toxicity in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology 17: 21-34.

7. Boudet, A.M. 2007. Evolution and current status of research in phenolic compounds. Phytochemistry 68: 2722-2735.

8. Bradford, M.M. 1976. A rapid sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry 72: 248-254.

9. Callahan, D.L., Baker, A.J.M., Kolev, S.D., and Wedd, A.G. 2005. Metal ion ligands in hyper accumulating plants. Journal of Biological Inorganic Chemistry 11: 2-12.

10. Chu, Y.H., Chang, C.L., and Hsu, H.F. 2000. Flavonoid contents of several vegetable and their antioxidant activity. Journal of Agriculture and Food Science 80: 561-566.

11. Dhindsa, R.A., Plumb-Dhindsa, P., and Thorpe T.A. 1981. Leaf senescence: correlated with increased levels of membrane permeability and lipid peroxidation, and decreased levels of superoxide dismutase and catalase. Journal of Experimental Botany 126: 93-101.

12. Dinakar, N., Nagajyothi, P.C., Suresh, S., Damodharam, T., and Suresh, C. 2009. Cadmium induced changes on proline, antioxidant enzymes, nitrate and nitrite reductases in Arachis hypogaea L. Journal of Environmental Biology 30(2): 289-294.

13. Dudka, S., Piotrowska, M., and Terelak, H. 1996. Transfer of cadmium, lead and zinc from industrially contaminated soil to crop plants: A field study. Environmental Pollution 94: 181-188.

14. Ferreira, R.R., Fornazir, R.F., Vitoria, A.P., and Lea, P.J. 2002. Changes in antioxidant enzyme activities in soybean under cadmium stress. Journal of plant Nutrition 25: 327-342.

15. Hayat, S., Hayat, Q., Alyemeni, M.N., Wani, A.S., Pichtel, J., and Ahmad, A. 2012. Role of proline under changing environments. Plant Signaling and Behavior 7(11): 1456-1466.

16. John, R., Ahmad, P., Gadgil, K., and Sharma, S. 2008. Effect of cadmium and lead on growth, biochemical parameters and uptake in Lemna polyrrhiza L. Plant, Soil & Environment 54(6): 262-270.

17. Khatun, S., Babar Ali, M., Hahn, E.J., and Paek, K.Y. 2008. Copper toxicity in Withania somnifera: Growth and antioxidant enzymes responses of in vitro grown plants. Environmental and Experimental Botany 64: 279-285.

18. Kovacik, J., and Backor, M. 2007. Phenylalanine ammonialyase and phenolic compounds in chamomile tolerance to cadmium and copper excess. Water, Air & Soil Pollution 185: 185-193.

19. Kliebenstein, D.J. 2004. Secondary metabolites and plant/environment interactions: a view through Arabidopsis thaliana tinged glasses. Plant Cell and Environment 27: 675-684.

20. Laspina, N.V., Groppa, M.D., Tomaro, M.L., and Benavides, M.P. 2005. Nitric oxide protects sunflower leaves against Cd-induced oxidative stress. Plant Sciences 169(2): 323-330.

21. Mohammadi, M., Habibi, D., Ardakani, M., and Asgharzadeh, A. 2011. Effect of biologic fertilizers, homic acid and super absorbent polymer on chlorophyll content, membrane and superoxide dismutase and catalase activity in annual Medicago species under cadmium toxicity. 6(2): 79-65. (In Persian).

22. Mittler, R. 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. TRENDS in Plant Science 7(9): 405-410.

23. Myung-Min, H., Trick, H.N., and Rajasheka, E.B. 2009. Secondary metabolism and antioxidant are involved in environmental adaptation and stress tolerance in lettuce. Journal of Plant Physiology 166: 180-191.

24. Nakano, Y., and Asada, K. 1987. Purification of ascorbate peroxidase in spinach chloroplast: in inactivation in ascorbate-depleted medium and reactivation by monodehydroascorbate radical. Plant Cell Physiology 28: 131-140.

25. Pandey, P., and Tripathi, A.K. 2011. Effect of heavy metals on morphological and biochemical characteristics of Albizia procera benth seedlings. International Journal of Environmental Sciences 1(5): 1009-1018.

26. Rastgoo, L., and Alemzadeh, A. 2011. Biochemical responses of Gouan (Aeluropus littoralis) to heavy metals stress. Australian Journal of Crop Science 5(4): 375-383.

27. Schutzendubel, A., Schwanz, P., Teichmann, T., Gross, K., Langenfeld, R., Douglas, L., and Polle, A. 2001. Cadmium-induced changes in antioxidative systems, hydrogen peroxide content, and differentiation in Scots pine roots. Plant Physiology 127: 887-898.

28. Shahid, M., Pourrut, B., Dumat, C., Nadeem, M., Aslam, M., and Pinelli, E. 2014. Heavy-metal induced reactive oxygen species: phytotoxicity and physicochemical changes in plants. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology 232: 1-44.

29. Solecka, D. 1997. Role of phenylpropanoid compounds in plant responses to different stress factor. Plant Physiology 19: 257-268.

30. Sun, R.L., Zhou, Q.X., Sun, F.H., and Jin, C.X. 2007. Antioxidative defense and proline/phytochelatin accumulation in a newly discovered Cd hyperaccumulator, Solanum nigrum L. Environmental and Experimental Botany 60: 468-476.

31. Tewari, R.K., Kumar, P., and Sharma, P.N. 2008. Morphology and physiology of zinc-stressed mulberry plants. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 171: 286-294.

32. Tian, X., and Li, Y. 2007. Nitric oxide treatment alleviates drought stress in wheat seedlings. Biologia Plantarum 50: 775-778.

33. Torres, E., Cid, A., Herrero, C., and Abalde, J. 2000. Effect of cadmium on growth, ATP content, carbon fixation and ultra-structure in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum Bohlin. Water, Air & Soil Pollution 117: 1-14.

34. Unyayar, S., Kele, Y., and Cekic, F.O. 2005. The antioxidative response of two tomato species with different drought tolerances as a result of drought and cadmium stress combinations. Plant Soil Environment 51(2): 57-64.

35. Vassilev, A., Tsonev, T., and Yordanov, I. 1998. Physiological response of barley plants (Hordeum vulgare) to cadmium contamination in soil during ontogenesis. Environmental Pollution 103: 287-293.

36. Velioglu, Y.S., Mazza, G., Gao, L., and Oomah, B.D. 1998. Antioxidant activity and total phenolics in selected fruits, vegetables, and grain products. Journal of Agricultural and Food Chemistry 46: 4113-4117.

37. Vogt, T. 2010. Phenylpropanoid biosyntesis. Molecular Plant 3: 2-20.

38. Wang, J.W., Zheng, L.P., Wu, J.Y., and Tan, R.X. 2006. Involvement of nitric oxide in oxidative burst phenylalanine ammonialyase activation and taxol production induced by low-energy ultrasound in Taxus yunnanensis cell suspension cultures. Nitric Oxide Biology and Chemistry 15: 351-358.

39. Zhang. F., Shi, W., Jim, Z., and Shen, Z. 2003. Response of antioxidative enzymes in cucumber chloroplasts to cadmium toxicity. Journal of Plant Nutrition 26: 1779-1788.

40. Zhang, X., Fan, X., Li, C., and Nan, Z. 2010. Effects of cadmium stress on seed germination, seedling growth and antioxidative enzymes in Achnatherum inebrians plants infected with a Neotyphodium endophyte. Plant Growth Regulation 60: 91-97.