نقش گونه های اکسیژن واکنشی در جوانه زنی گرده و رشد لوله کلزا (Brassica napus L.) مهار شده توسط UV-B

نوع مقاله : Research Paper

نویسندگان

گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

در چند دهه اخیر معضل آسیب لایه اوزون منجر به انجام مطالعات در واکنش گیاهان عالی به پرتو فرابنفش شده است. خلائ لایه اوزون درناحیه استراتوسفیک جو زمین منجر به افزایش نفوذ پرتو فرابنفش در محدوده طول موج 280 تا 320 نانومتر می‌گردد. این امر ضرورت و اهمیت مطالعه اثر پرتو فرابنفش بر گیاهان و سازوکار واکنش گیاه را افزون می نماید. اگر چه تاثیر پرتو فرابنفش بر گیاهان از نظر فیزیولوژیک بخوبی شناخته شده است، با این حال اطلاعات محدودی در سطح سلولی و مولکولی در این خصوص وجود دارد. تحقیقات اخیر از اثر پرتو فرابنفش بر فرایندهای مهم فیزولوژیک نظیر فتوسنتز و بیان برخی ژن ها گزارش می نماید. به هر حال تعداد محدودی ازاین تحقیقات در زمینه واکنش اندام زایشی به پرتو فرابنفش بوده است. هدف از این پژوهش ارزیابی اثر پرتو فرابنفش بر تولید رادیکال های فعال اکسیژن و تاثیر آن بر سیستم واکنش دفاعی در زمان جوانه زنی لوله گرده در گیاه کلزا است. نتایج نشان داد که با افزایش شدت پرتو فرابنفش سرعت جوانه زنی لوله گرده کاهش یافت. در این راستا غلظت یون سوپراکسید و پراکسید هیدروژن افزایش یافت، که منجر به بالا رفتن میزان پراکسیداسیون چربی ها شد. همچنین میزان فعالیت آنزیم های سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز و پراکسیداز با افزایش شدت پرتوتابی، کاهش یافت. افزایش غلظت رادیکال های فعال اکسیژن و پراکسیداسیون چربی ها همراه با کاهش فعالیت آنزیم های دفاعی می‌تواند دلیل موجهی بر روند کاهش سرعت جوانه زنی لوله گرده باشد.
- - - - - - - - - -

کلیدواژه‌ها


Agarwal R. (2007). Increased antioxidant activity in Cassia seedling under UV-B radiation. Biologia Plantarum, 51: 157-160. DOI: https://doi.org/10.1007/s10535-007-0030-z.
Agrawal S. B., and Rathore D. (2007). Changes in oxidative stress defense system in wheat (Triticum aestivum L.) and mung bean (Vigna radiata L.) cultivars grown with and without mineral nutrients and irradiated by supplemental ultraviolet-B. Environmental and Experimental Botany, 59: 21-33.
Ahmad P., Sarwat M., and Sharma S. (2008). Reactive oxygen species, antioxidants and signaling in plants. Journal of Plant Biology, 51: 167-173.
Ayala A. F., Muñoz M., and Argüelles S. (2014). Lipid peroxidation: production, metabolism, and signaling mechanisms of malondialdehyde and 4-hydroxy-2-nonena. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 360438: 1-31. DOI: 10.1155/2014/360438.
Bais A. F., Bernhard G., McKenize R. L., Aucamp P. J., Young P. J., Ilyas M., Jockel P., and Deushi M. (2019). Ozone–climate interactions and effects on solar ultraviolet radiation. Photochemical & Photobiological Sciences, 18: 602-640.
Beauchamp C., and Fridovich I. (1971). Superoxide dismutase, improved assays and assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry, 44: 276-287.
Benca J. P., Duijnstee I. A. P., and Looy C. V. (2018). UV-B-induced forest sterility: Implications of ozone shield failure in Earth’s largest extinction. Science Advances, 4: 1-10.
Bornman J. F., Barnes P. W., Robson T. M., Robinson S. A., Jansen M. A. K., Ballare C. L., and Flint S. D. (2019). Linkages between stratospheric ozone, UV radiation and climate change and their implications for terrestrial ecosystems. Photochemical & Photobiological Sciences, 18: 681-716.
Bradford M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72: 248-254.
Chance B., Sies H., and Boveris A. (1979). Hydroperoxide metabolism in mammalian organs. Physiological Reviews, 59: 527-605.
De Jager T. L., Cockrell A. E., and Du Plessis S. S. (2017). Ultraviolet light induced generation of reactive oxygen species. Advances in Experimental Medicine and Biology-Springer, 996: 15-23. DOI: 10.1007/978-3-319-56017-5_2.
Feng H., An L., Tan L., Hou Z., and Wang X. (2000). Effect of enhanced ultraviolet-B radiation on pollen germination and tube growth of 19 taxa in vitro. Environmental and Experimental Botany, 43: 45-53.
Halliwell B., and Gutteridge J. M. C. (1989). Free radicals in biology and medicine. Oxford, UK: Clarendon Press, pp. 543.
Hasanuzzaman M., Bhuyan M. H. M. B., Anee T. I., Parvin K., Nahar K., Mahmud J. A., and Fujita M. (2019). Regulation of Ascorbate-Glutathione pathway in mitigating oxidative damage in plants under abiotic stress. Antioxidants Journal, 8: 1-50.
Hasanuzzaman M., Bhuyan M. H. M. B., Zulfiqar F., Raza A., Mohsin S. M., Mahmud J. A., Fujita M., and Fotopoulos V. (2020). Reactive oxygen species and antioxidant defense in plants under abiotic stress: revisiting the crucial role of a universal defense regulator. Antioxidants Journal, 9: 1-52.
He J. M., Liu Z. H., Xu H., She X. P., and Huang C. (2006). The involvement of hydrogen peroxide in UV-B-inhibited pollen germination and tube growth of Paeonia suffruticosa and Paulownia tomentosa in vitro. Plant Growth Regulation, 49: 199-208.
Heath R. L., and Packer L. (1968). Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics, 125: 189-198.
Holdaway-Clarke T. L., Feijò J. A., Hackett G. R., Kunkel J. G., and Hepler P. K. (1997). Pollen tube growth and the intracellular cytosolic calcium gradient oscillate in phase while extracellular calcium influx is delayed. Plant Cell, 9: 1999-2010.
Kataria S., Baroniya S. S., Baghel L., and Kanungo M. (2014). Effect of exclusion of solar UV radiation on plants. Plant Science Today, 1: 224-232.
Kerr J. B., and McElroy C. T. (1993). Evidence for large upward trends of ultraviolet-B radiation linked to ozone depletion. Science, 262: 1032-1034.
Kumari R., Singh S., and Agrawal S. B. (2010). Response of ultraviolet-B induced antioxidant defense system in a medicinal plant, Acorus calamus. Journal of Environmental Biology, 31: 907-911.
Liu L., and Wang T. (2021). Male gametophyte development in flowering plants: A story of quarantine and sacrifice. Journal of Plant Physiology, 2021: 258-259.
Mittler R. (2002). Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science, 7: 405-410.
Obermeyer G., and Weisenseel M. H. (1991). Calcium-channel blocker and calmodulin antagonists affect the gradient of free calcium ions in lily pollen tubes. European Journal of Cell Biology, 56: 319-327.
Patterson B. D., Macrae E. A., and Ferguson I. B. (1984) Estimation of hydrogen peroxide in plant extracts using titanium (IV). Analytical Biochemistry, 139: 487-492.
Rao G. U., Jain A., and Shivanna K. R. (1992). Effects of high temperature stress on Brassica pollen: viability, germination and ability to set fruits and seeds. Annals of Botany, 69: 193-198.
Reyes T. H., Scartazza A., Pompeiano A., and Guglielminetti L. (2019). Physiological responses of Lepidium meyenii plants to ultraviolet-B radiation challenge. BMC Plant Biology, 19: 1-12.
Shivanna K. R., and Sawhney V. K. (1997). Pollen biology and pollen biotechnology: an introduction. In: Pollen biotechnology for crop production and improvement. UK: Cambridge University Press, Cambridge, pp. 448.
Stadler L. J., and Uber F. M. (1942). Genetic effects of ultraviolet radiation in maize. IV. Comparison of monochromatic radiation. Genetics, 27: 84-118.
Tewari R. K., Kumar P., and Sharma N. P. N. (2005). Signs of oxidative stress in the chlorotic leaves of iron starved plants. Plant Sciences, 169: 1037-1045.
Torabinejad J., Caldwell M. M., Flint S. D., Durham S. (1998). Susceptibility of pollen to UV-B radiation: an assay of 34 taxa. American Journal of Botany, 85: 360-369.
UNEP (2002). Executive summary. Final of UNEP/WMO scientific assessment panel of the montreal protocol on substances that deplete the ozone layer, Nairobi, UNEP.
UNEP (2008). Environmental effects of ozone depletion and its interactions with climate change. Photochemical & Photobiological Sciences, 7: 15-27.
Wang S., Xie B., Yin L., Duan L., Li Z., Eneji A. E., Tsuji W., and Tsunekawa A. (2010). Increased UV-B radiation affects the viability, reactive oxygen species accumulation and antioxidant enzyme activities in maize (Zea mays L.) pollen. Photochemical & Photobiological Sciences, 86: 110-116.
Wang Y., Feng H., Qu Y., Cheng J., Zhao Z., Zhang M., Wang X., and An L. (2006). The relationship between reactive oxygen species and nitric oxide in ultraviolet-B-induced ethylene production in leaves of maize seedlings. Environmental and Experimental Botany, 57: 51-56.
Williamson C. E., Neale P. J., Hylander S., Rose K. C., Figueroa F. L., Robinson S. A., Hader D. P., Wangberg S. A., and Worrest R. C. (2019). The interactive effects of stratospheric ozone depletion, UV radiation, and climate change on aquatic ecosystems. Photochemical & Photobiological Sciences, 18: 717-746.
Wu J., Jin C., Qu H., Jiang X., Wu J., Xu G., and Zhang S. (2012). The activity of plasma membrane hyperpolarization-activated Ca2+ channels during pollen development of Pyrus pyrifolia. Acta Physiologiae Plantarum, 34: 969-975.
Wu J., Qu H., Jin C., Shang Z., Xu G., Gao Y., and Zhang S. (2011). cAMP activates hyperpolarization-activated Ca2+ channels in the pollen of Pyrus pyrifolia. Plant Cell Reports, 30: 1193-1200.