| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,251 |
| تعداد مقالات | 35,917 |
| تعداد مشاهده مقاله | 54,574,462 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 93,695,700 |
رفتار سیستم دفاع ضد اکسیدانی آنزیمی و غیرآنزیمی عصاره ریشه گیاه کنگر در مواجه با کادمیوم | ||
| تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران | ||
| مقاله 2، دوره 40، شماره 2 - شماره پیاپی 120، تیر 1403، صفحه 207-224 اصل مقاله (1.37 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijmapr.2023.362560.3331 | ||
| نویسندگان | ||
| نبی خلیلی اقدم* 1؛ شهریار سعیدیان2؛ سحر بشیرپور3 | ||
| 1گروه کشاورزی دانشگاه پیام نور | ||
| 2بیوشیمی - دانشگاه پیام نور - تهران - ایران | ||
| 3دانش آموخته بیوشیمی دانشگاه پیام نور | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: سیستم‌های دفاعی متعددی برای غلبه گیاهان در برابر تنش‌ها و به‌ویژه تنش حاصل از فلزات سنگین وجود دارد. برخی فلزات سنگین به‌عنوان بخشی از ترکیب‌های مهم رنگیزه‌ها و آنزیم‌ها هستند و از عناصر ضروری می‌باشند، در غلظت‌های بالاتر از نیاز فیزیولوژیک گیاهان برای گیاه سمی بوده ولی برخی دیگر از فلزات سنگین مانند کادمیوم و سرب به‌عنوان فلزات غیرضروری حتی در غلظت‌های پایین نیز آثار سمّی روی گیاهان دارند و به‌همین علت این فلزات سنگین به‌عنوان عوامل تنش‌زا برای گیاهان محسوب می‌شوند. بر این اساس، بررسی آثار این فلزات بر فعالیت‌های آنزیم‌های اکسیدانی گیاه حائز اهمیت است. مواد و روش‌ها: در این تحقیق به منظور بررسی واکنش آنزیم‌های اکسیدانی و عوامل غیراکسیدانی در برابر تنش حاصل از کادمیوم، کنگر مورد نیاز پس از تهیه از کوهستان‌های کردستان در حضور بافر فسفات، 7 pH و محلول 0.02 PMSF به‌عنوان مهارکننده پروتئازی هموژنیزه گردید و پس از انجام سانتریفوژ در دورهای g3000 و g 15000، محلول شفاف بالایی به‌عنوان عصاره خام و انجام سنجش‌های بعدی استفاده شد. در سنجش‌های انجام شده، اثر غلظت‌های مختلف کلریدکادمیوم (CdCl2) بر محتوای پرولین، ترکیب‌های فنلی و فعالیت آنزیم‌های ضداُکسیدان فنیل‌آلانین آمونیالیاز (PAL)، کاتالاز (CAT)، سوپراکسیددیسموتاز (SOD)، آسکوربات پراکسیداز (APX)، گایاکول پراکسیداز (GPX) و پلی‌فنل اکسیداز (PPO) ریشه کنگر سنجش گردید. این طرح در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار در ویال‌های محتوی 3 میلی‌لیتر از عصاره ریشه کنگر با 7 تیمار اجرا شد که در آن، گروه اول به‌عنوان شاهد بود که تنها در حضور آب مقطر تیمار گردید. گروه دوم در معرض CdCl2 0.25 میلی‌مولار، گروه سوم، چهارم، پنجم، ششم و هفتم به‌ترتیب در حضور 0.5، 1، 2، 5 و 10 میلی‌مولار به مدت 10 دقیقه قبل از سنجش آنزیمی در دمای اتاق 20 تا 25 درجه و شرایط 10 دقیقه نور طبیعی تیمار شدند. سپس میزان فعالیت یکایک آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان، میزان پرولین و محتوای فنلی آن به‌طور جداگانه اندازه‌گیری و سنجش شد. در این تحقیق نیز در ابتدا نمودار پراکنش داده‌ها (فعالیت آنزیم یا پروتئین در مقابل سطوح مختلف Cd) رسم و بعد برای برازش داده‌ها از انواع معادلات رگرسیون خطی و غیرخطی استفاده شد. در گام بعدی با توجه به برازش بهترین نوع رابطه و نیز تجزیه‌وتحلیل نوع پاسخ فعالیت آنزیم‌های GPX، SOD، APX، پروتئین، پرولین و محتوای فنلی از تجزیه رگرسیون غیرخطی (مدل‌های توانی، هذلولی، نمائی مجانب و رشد مجانب) و برای بیان نحوه پاسخ فعالیت آنزیم‌های PPO، CAT و PAL به سطوح مختلف کادمیوم از مدل بتا استفاده شد. نتایج همه مدل‌ها حکایت از اثر تحریک‌کنندگی Cd روی آنزیم‌های مورد مطالعه بود. نتایج: نتایج تحقیق نشان داد که فعالیت همه آنزیم‌های SOD، APX، CAT، PPO، GPX و PAL و میزان پرولین و محتوای فنلی در نتیجه تیمار با کادمیوم به‌طور معنی‌دار افزایش یافت. با استفاده از پنج مدل رگرسیون غیرخطی، بیشترین فعالیت آنزیم APX در غلظت 4.6 میلی‌مولار (مدل نمایی مجانب)، آنزیم GPX در غلظت 12.3 میلی‌مولار (مدل‌های نمایی مجانب و رشد مجانب) و آنزیم SOD در غلظت 14.3 میلی‌مولار (مدل رشد مجانب) درون‌یابی گردید. ضمن اینکه بیشترین تولید پرولین و محتوای فنلی نیز در غلظت‌های 13.6 و 14.3 میلی‌مولار کادمیوم با بهره‌گیری از مدل نمایی مجانب و رشد مجانب به‌ترتیب حاصل شد. بیشترین فعالیت آنزیم PPO در غلظت 8 میلی‌مولار، CAT در غلظت 4.8 میلی‌مولار و بیشینه فعالیت PAL نیز مربوط به غلظت 4.1 میلی‌مولار بود. نتایج نشان می‌دهند که کادمیوم به‌دلیل القای تنش اکسیداتیو و افزایش تولید رادیکال آزاد منجر به افزایش میزان محتوای پرولین، ترکیب‌های فنلی و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان ریشه کنگر می‌گردد و در ادامه تغییرات میزان فعالیت این آنزیم‌ها در طول رشد، نشان‌دهنده وجود سازوکار‌های تنظیمی آنزیمی در ریشه کنگر در برابر تنش فلزات سنگین مانند کادمیوم می‌باشد. سیستم دفاع آنتی‌اکسیدانی آنزیمی، پرولین و محتوای فنلی تولید شده نقش کلیدی در پاسخ گیاه ریشه کنگر به تنش فلز سنگین کادمیوم ایفاء می‌کنند. نتیجه‌گیری: نتایج بنشان داد که کادمیوم به‌دلیل القای تنش اکسیداتیو و افزایش تولید رادیکال آزاد منجر به افزایش میزان محتوای پرولین، ترکیب‌های فنلی و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان ریشه کنگر می‌گردد و در ادامه تغییرات میزان فعالیت این آنزیم‌ها در طول رشد، نشان‌دهنده وجود سازوکار‌های تنظیمی آنزیمی در ریشه کنگر در برابر تنش فلزات سنگین مانند کادمیوم می‌باشد و سیستم دفاع آنتی‌اکسیدانی آنزیمی، پرولین و محتوای فنلی تولید شده نقش کلیدی در پاسخ گیاه ریشه کنگر به تنش فلز سنگین کادمیوم ایفاء می‌کنند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آنزیم؛ فلز سنگین؛ ترکیب های فنلی؛ کنگر | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Evaluation of the enzymatic and non-enzymatic antioxidant defense system of artichoke root extract against cadmium | ||
| نویسندگان [English] | ||
| N. Khaliliaqdam1؛ Sh. Saeidian2؛ S. Bashirpor3 | ||
| 1Agriculture dapartment, Payame Noor University, Tehran | ||
| 2Biochemistry - payame noor university - tehran - Iran | ||
| 3The former MSc student, Payame noor university | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Plants have many defense systems to overcome stresses, especially heavy metals. Some heavy metals are part of pigments and enzyme compounds and are also essential elements. In concentrations higher than plants' physiological needs, they are toxic for plants, but some heavy metals such as cadmium and lead are even unnecessary. At low concentrations, they harm plants, and for this reason, heavy metals are considered stressors. Based on this, it is imperative to investigate these metals' effects on plant oxidizing enzymes' activities.Methodology: In this research, in order to investigate the reaction of oxidizing enzymes and non-oxidizing factors against the stress caused by cadmium (Cd), the required artichoke after being prepared from the mountains of Kurdistan in the presence of phosphate buffer, pH 7 and PMSF 0.02 solution as Protease inhibitor was homogenized and after centrifugation at 3000 g and 15000 g, the upper clear solution was used as a crude extract and for subsequent measurements. In the performed tests, the effect of different concentrations of cadmium chloride (CdCl2) were measured on the content of proline (Pro), phenolic compounds (Ph.C) and the activity of antioxidant enzymes such as phenyl-alanine-ammonialyse (PAL), catalase CAT), superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), guaiacol peroxidase (GPX) and polyphenol oxidase (PPO) of artichoke root. This project was carried out in the form of a completely randomized design in three replications in vials containing three milliliters of artichoke root extract with seven treatments, in which the first group was treated as a control in the presence of distilled water only. The second group was exposed to 0.25 mM CdCl2, the third, fourth, fifth, sixth, and seventh groups were exposed to 0.5, 1, 2, 5, and 10 mM CdCl2, respectively, for 10 minutes. The samples were treated at room temperature of 20 to 25 degrees and 10 minutes of natural light. Then, the activity level of each antioxidant enzyme and the level of Pro and Ph.C was measured separately. In this research, at first, the distribution diagram of the data (enzyme or protein activity against different levels of Cd) was drawn, and then various linear and non-linear regression equations were used to fit the data. In the next step, according to the best type of equation and analysis of the response type of GPX, SOD, APX, protein, Pro and Ph.C was used from nonlinear regression analysis (power, hyperbolic, asymptotic exponential and asymptotic growth models) and to express the response of enzyme activity of PPO, CAT and PAL to different levels of Cd were used from the beta model. Results: All models indicated Cd's stimulating effect on the studied enzymes. The research results showed that the activity of all SOD, APX, CAT, PPO, GPX, and PAL enzymes as well as the content of Pro and Ph. C increased significantly after Cd treatment. Using five non-linear regression models, the highest activity of APX enzyme at a concentration of 4.6 mM (asymptotic exponential model), GPX enzyme at a concentration of 12.3 mM (asymptotic exponential and asymptotic growth models), SOD enzyme at 14.3 mM (asymptotic growth model) was interpolated. In addition, the most production of Pro and Ph. C was obtained at concentrations of 13.6 and 14.3 mM Cd using the asymptotic and asymptotic growth models, respectively. The highest activity of the PPO enzyme was at 8 mM, CAT at 4.8 mM, and the maximum activity of PAL was at 1.4 mM. The results showed that Cd, due to the induction of oxidative stress and the increase in free radical production, leads to an increase in the content of proline, phenolic compounds, and the activity of antioxidant enzymes in artichoke roots. Further changes in the activity of these enzymes during growth indicate the presence of enzymatic regulatory mechanisms in artichoke roots against heavy metals such as cadmium. Enzymatic antioxidant defense systems, Pro and Ph. C play a crucial role in the response of artichoke roots to heavy metal cadmium stress. Conclusion: In general, results showed that Cd, due to the induction of oxidative stress and the increase in free radical production, leads to an increase in the content of proline, phenolic compounds, and the activity of antioxidant enzymes in artichoke roots. Further changes in the activity of these enzymes during growth indicate the presence of enzymatic regulatory mechanisms in artichoke roots against heavy metals such as cadmium. Enzymatic antioxidant defense systems and Pro and Ph. C are crucial in the response to heavy metal cadmium stress of artichoke roots. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Enzyme, heavy metal, phenolic compounds, artichoke | ||
| مراجع | ||
|
- Amani, M. and Alizade-Salteh, S., 2020. Effect of heavy metal stress (cademium) on morphological and physiological chatacteristics of various medicinal plants. Journal of Biological safety, 11(4): 49-76. - Amir Gilaki, M. and Mahmoodzade, H., 2016. Assesment of cademium effects on growth indexes, photosyentetics pigments and some biochemical parameters of Safflower. Journal of Plant environmental Physiological, 11(44): 33-43. - Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, I.D., 1973. Rapid determination of free proline for water-stressstudies. Plant and Soil, 39: 205-207. - Behtash, F., Tabatabai, S., Malakooti, M., Sorouredin, M. and Ustan, S., 2010. Effect of cadmium and silisium on growth and physiological characters of Beta vulgaris. Journal of Agricultural Knowledge, 2(1): 53-67. - Bradford, M.M., 1976. A rapid sensitive method for the quantitation of microgram quantities of proteinutilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72: 248-254. - Cakmak, I., Strboe, D. and Marschner, H., 1993. Activities of hydrogen peroxide scavenging enzymes in germinating wheat seeds. Journal of Experimental Botany, 44: 127-132. - Chen, X., Wang, J., Shi, Y., Zhao, M.Q. and Chi, G.Y., 2011. Effects of cadmium on growth and photosynthetic activities in pakchoi and mustard. Botanical Studies, 52: 41-46. - Eskandari, S., Yadegari, M. and Iranipour, R., 2017. Assesment of accumulation amount of cademium and Pb in medicinal plant: Alis calendula officials. Journal of Plant environmental Physiological, 12(47): 76-92. - Giannopolitis, C.N. and Ries, S.K., 1997. Superoxid dismutase. I. occurrence in higher plants. Plant Physiol, 59: 309-314. - Gill, S.S., 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48: 909-930. - Guo, T.G., Zhang, M., Zhou, F., Wu, Z. and Chen, J., 2004. Effects of aluminum and cadmium toxicity on growth and antioxidant enzyme activities of two barley genotypes with different Al resistance. Plant Soil, 258: 241-248. - 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. - Hsu,Y.T. and Kao, C.H., 2007. Heat shock-mediated H2O2 accumulation and protection against Cd toxicity in rice seedlings. Plant Soil, 300: 137-147. - Khaliliaqdam, N., 2019. Prediction of phenology, phyllochron and leaf area of wheat. Journal of plant production, 26(2): 89-99. - Khaliliaqdam, N. and Talebzade, S.J., 2022. Prediction of rate of leaf appearance, leaf area index and growth stages in corn and sunflower. Crop Production, 15(1): 205-228. - Khan, N., Samiullah, A., Singh, S. and Nazar, R., 2007. Activities of antioxidative enzymes, sulphur assimilation, photosynthetic activity and growth of wheat (Triticum aestivum) cultivars differing in yield potential under cadmium stress. Journal of Agronomy and Crop Science, 193: 435-444. - Khatamipour, M., Piri, E., Esaeilian, Y. and Tavassoli, A., 2011. The toxic effects of cademium on germination, seddling growth and prolin content of milk thistle. Scholars research library Annals Biology Research, 2(25): 527-532. - Nagajyoti, P.C., Lee, K.D. and Sreekanth, T.V.M., 2010. Heavy metals occurrence and toxicity for plants: a review. Environmental Chemistry Letters, 8: 189-216. - Nakano, Y. and Asada, K., 1992. Purification of ascorbate peroxidase in spinach chloroplast: in inactivation in ascorbate-depleted medium and reactivation by monodehydroascorbate radical. Plant Cell Physiology, 28: 131-140. - Polle, A., Eiblmeier, M., Sheppard, L. and Murray, M., 1997. Responses of antioxidative enzymes to elevated Co2 in leaves of Beech (Fagus Sylvatica L.) seedlings grown under a range of nutrient regimes. Plant Cell & Environment, 20: 1317-1321. - Rezaei, A. and Soltani, A., 1998. An Introduction on Applied Regression. Industrial Isfahan university press, 294p. - 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. - Solanki, R. and Dhankhar, R., 2011. Biochemical changes and adaptive strategies of plants under heavy metal stress. Biologia, 66(2): 195-204. - Soltani, A., 2006. Revision On Application Of Statistical Methods In Agricultural Researches. JDM press, 74p. - Soltani, A., 2009. Mathematical Modeling Of Crop. JDM press, 175p. - 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. - Vassilev, A., Tsonev, T. and Yordanov, I., 1998. Physiological response of barley plants to cadmium contamination in soil during ontogenesis. Environmental Pollution, 103: 287-293. - 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. - Wang, Y., Wisniewski, M., Meilan, R., Uratsu, R.L., Cui, M.G., Dandekar, A. and Fuchigami, L., 2007. Ectopic expression of Mn-SOD in Lycopersicon esculentum leads to enhanced tolerance to salt and oxidative stress. Journal of Applied Horticulture, 9: 3-8. - Yin, X., Goudriaan, J., Lantinga, E.A., Vos, J. and Spiertz, H.J., 2003. Annals Botany, 91: 361-371. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 769 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 572 |
||