تأثیر عنصر کادمیوم بر برخی از فاکتورهای استرس اکسیداتیو در گیاه Brassica oleracea cv. saccata درمحیط هیدروپونیک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، واحد آشتیان، دانشگاه آزاد اسلامی ، آشتیان، ایران

2 استادیار گروه زیست شناسی، واحد قم ، دانشگاه آزاد اسلامی ، قم، ایران

3 استادیار گروه زیست شناسی، واحد آشتیان ، دانشگاه آزاد اسلامی ، آشتیان، ایران

چکیده

به منظور بررسی اثر عنصر کادمیوم بر برخی از فاکتورهای استرس اکسیداتیو در گیاه Brasicca oleracea L.cv saccata در محیط هیدرپونیک آزمایشی در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در آزمایشگاه دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم طراحی شد.
نمونه های مورد نظر از بافت های برگ و ریشه گیاه بعد از 14 روز تیمار با کلرید کادمیوم (Ca Cl2) (5/0و 5  میکرومول در لیتر) برداشت شدند و میزان فعالیت آنزیم های سوپر اکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT)، پلی فنول اکسیداز (PPO)، پراکسیداز محلول (SPO)، آسکوربات پراکسیداز (APX) و همچنین شاخص پراکسیداسیون لیپیدهای غشایی در اندام هوایی و ریشه و میزان فعالیت آنتوسیانین و کلروفیل a و b در اندام هوایی مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که میزان فعالیت آنزیم های سوپراکسید دیسموتاز در اندام هوایی در غلظت های 5/0 و 5 کادمیوم و کاتالاز در اندام هوایی و ریشه در غلظت 5 کادمیوم در مقایسه با گیاهان گروه کنترل افزایش معنی داری نشان داد.
پلی فنل اکسیداز افزایش معنی داری در غلظت 5 کادمیوم و همچنین کاهش معنی داری در غلظت 5/0 کادمیوم در اندام هوایی در مقایسه با گروه شاهد نشان داد. همچنین میزان پراکسیداسیون لیپیدهای غشایی در اندام هوایی در غلظت 5/0 کادمیوم و در ریشه در غلظت 5  کادمیوم نسبت به گروه شاهد کاهش معنی داری یافت.
میزان آنتوسیانین کل در اندام هوایی در گیاهان تحت تیمار با غلظت های 5/0و 5 کادمیوم نسبت به گروه شاهد کاهش معنی داری نشان داد و بررسی میزان کلروفیل a و  b برگ ها نشان داد که میزان تجمع در اندام هوایی با افزایش معنی دار برای غلظت 5 کادمیوم همراه است. بنابراین نتایج به دست آمده نشان داد که کادمیوم در شرایط تنش اکسیداتیو بر روی برخی از فاکتورهای سیستم آنتی اکسیدان گیاه اثر داشته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Cadmium on some oxidative stress factors in Brassica oleracea l. cv. saccata in hydroponic culture

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Borjian 1
  • Maryam Khoshsokhan Mozaffar 2
  • Masoumeh khosravireyneh 3

1 Department of Biology, Ashtian branch ,Islamic Azad University , Ashtian, Iran

2 Department of Biology, Qom branch, Islamic Azad University ,Qom, Iran

3 Department of Biology, Ashtian branch, Islamic Azad University , Ashtian, Iran

چکیده [English]

Purpose of this study is determine the effect of cadmium on some oxidative stress factors
in Brassica oleracea l. cv. saccata in a random pattern & repeated 3 times. in order to control
experimental conditions the same as the inhibitory effects of the other factors such as soil
nutrition factors the hydroponic growth culture was used.
The root and shoot samples picked up in 14th day after treatment with different cadmium
concentration (0.5, 5) and used it for determination of biochemical and morphological parameters.
The activity of Superoxide dismutase (SOD), Polyphenol Oxidase (PPO), catalase
(CAT) and malondialdehyde in aerobiosis bodies and roots and also the content of Anthocyanin
and chlorophyll a and b in shoots were measured.
The results showed the activity of SOD in some aerobiosis bodies in 5 and 0.5 concentration
of cadmium & also CAT enzyme activity in aerobiosis bodies with 5 concentration and in
roots with 5 cadmium concentration has increased.
The cadmium treatment have showed that PPO increased in 5 cadmium con. and also the
decreased in 0.5 cadmium con., significantly, in aerobiosis bodies.
The amount of Malondialdehyde as an index of proxidation membrance lipids has been
decreased significantly in 0.5 con. in shoots. In caring plants with cadmium, Anthocyanin
has decreased, significantly. The amount of a & b chlorophylls decreased in 5 concentration.
Thus, the obtained results in this study have showed that cadmium has a positive effect
on some antioxidant system parameters of the plant in the oxidative stress conditions &
regarding that in the most cadmium have never seen any significant root in the data, we
can conclude the cadmium conducts from the root to shoot.


کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium toxicity
  • Oxidative stress
  • Brassica oleracea l. cv. saccata
  • hydroponic culture

پیروز، پ.، منوچهری کلانتری.، خ.، نصیبی، ف. (۱۳۹۱) بررسی فیزیولوژیک گیاه آفتابگردان تحت تنش کروم. زیست گیاهی. شماره 11، صفحات 86 – 73.

دولت آبادیان، آ.، مدرس ثانوی، ع.م.، اعتمادی، ف. (1387) اثر پیش تیمار اسید سالیسیلیک بر جوانه‌زنی بذر گندم (Triticum aestivum L.) در شرایط تنش شوری. مجله زیست‌شناسی ایران جلد 21. شماره 4، صفحات 26-15.

قناتی،ف.، نعمتی، ف. (1389) تأثیر مثبت آلومینیم در فعال کردن سیستم آنتی اکسیدان ریشه های گیاه لیسیانتوس(Eustoma grandiflora L..). زیست شناسی گیاهی شماره 2. جلد 4، صفحات 53-41.

رحیمی، ط.، رونقی، ع. (۱۳۹۱) اثر کاربرد منابع مختلف روی بر غلظت کادمیوم و برخی عناصر کم مصرف در گیاه اسفناج در یک خاک اهکی. مجله علوم و فنون کشت‌های گلخانه ای جلد ۳. شماره ۲، صفحات112-101.

مظفری، ا.، حبیبی، د.، ملکی، ع.، بابایی، ف. (1391) ارزیابی توان چند گونه زراعی در کاهش آلودگی خاک به فلز سنگین کادمیوم. مجله زراعت و اصلاح نباتات جلد 8. شماره 3، صفحات 14-1.

Aksoy, M. and Seckin, D.B. (2012) Changes in Physiological Parameters and Some Antioxidant Enzymes Activities of Soybean (Glycine max L. Merr.) Leaves Under Cadmium and Salt Stress. Journal of Stress Physiology & Biochemistry 8(4): 179- 190.

Bertrand, M. and Schoefs, B. (1999) Photosyntetic pigment metabolism in plants during stress. In: Handbook of plant and crop stress (ed. Pessarakli, M.). Marcel Dekker, New York. 527-543.

Blinda, A., Koch, B., Ramanjulu, S. and Dietz, K. (1997) De novo synthesis and accumulation of apoplastic proteins in leaves of heavy metal‐exposed barley seedlings. Plant, Cell & Environment 20(8): 969-981.

Cakmak, I. and Horst, W.J. (1991) Effect of aluminium on lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase, and peroxidase activities in root tips of soybean (Glycine max). Physiologiae Plantarum 83(3): 463-468

Chen, Y., He, Y., Yang, Y., Yu, Y., Zheng, S., Tian, G. and Wong, M. (2003) Effect of cadmium on nodulation and N2-fixation of soybean in contaminated soils. Chemosphere 50(6): 781-787.

Conklin, P. (2001) Recent advances in the role and biosynthesis of ascorbic acid in plants. Plant, Cell and Environment 24: 383-394.

Dai, L.P., Xiong, Z.T., Huang, Y. and Li, M.J. (2006) Cadmium‐induced changes in pigments, total phenolics, and phenylalanine ammonia‐lyase activity in fronds of Azolla imbricata. Environmental Toxicology 21(5): 505-512.

De Vos, C.H.R., Schat, H., De Waal, M.A.D., Vooijs, R. and Ernst, W.H.O. (1991) Increased resistance to copper-induced damage of root plasma membranein copper tolerant Cilene cucubalus. Physiologiae Plantarum 82: 523-528.

Krizek, D. T., Britz, S. J. and Mirecki, R. M. (1998) Inhibitory effects of ambient levels of solar UV‐A and UV‐B radiation on growth of cv. New Red Fire lettuce. Physiologia Plantarum 103(1): 1-7.

Del Rio, L.A., Sandalio, L.M., Yanez, J. and Gomez, M. (1985) Induction of a manganese-containing superoxide dismutase in leaves of Pisum sativum L. by high nutrient levels of zinc and manganese. Journal of Inorganic Biochemistry 24: 25 - 34.

Erdei, S., Hegedûs, A., Hauptmann, G., Szalai, J. and Horváth, G. (2002) Heavy metal induced physiological changes in the antioxidative response system. Acta Biologica Szegediensis 46(3-4): 89-90.

Gallego, S.M. Benavides, M.P. and Tomaro, M.L. (1996) Effect of heavy metal ion excess on sunflower  leaves:  evidence  for  involvement  of oxidative stress. Plant Science 121: 151 – 159.

Gardea-Torresdey, J.L., Peralta-Videa, J.R., De La Rosa, G. and Parsons, J. (2005) Phytoremediation of heavy metals and study of the metal coordination by X-ray absorption spectroscopy. Coordination Chemistry Reviews 249(17): 1797-1810.

Grant, C., Buckley, W., Bailey, L. and Selles, F. (1998) Cadmium accumulation in crops. Canadian Journal of Plant Science 78(1): 1-17.

Hegedus, A., Erdei, S. and Horvath, G. (2001) Comparative studies of H2O2 detoxifying enzymes in green and greening barley seedlings under cadmium stress. Plant Science, 160(6): 1085-1093.

Khatib, M., Rashed Mohasel, M., Ganjali, A. and Lahouti, M. (2008) The effects of different nickel concentrations on some morpho-physiological characteristics of parsley (Petroselinum crispum). Iranian Journal of Field Crops Research 2: 295-302.

Kahn V. (1975) Polyphenol oxidase activity and browning of three avocado varieties. Journal of Science Food and Agriculture 51: 145-161.

Levitt, J. (2009) Responses of plants to environmental stresses. Volume II. Water, radiation, salt, and other stresses: Academic Press. 2: 283-364.

Mamdouh, F.A. (2007) Chromium in receiving environment in Egypt (Overview). Electronical Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry 6: 2178-2198.

Mauchamp, A. and Methy, M. (2004) Submergence-induced damage of photosynthetic apparatus in Phragmites australis. Environmental and Experimental Botany 51(3): 227-235.

Mayer, A.M. (2006) Polyphenol oxidases in plants and fungi: Going places? A review. Phytochemistry 67(21): 2318-2331.

Mishra, S., Srivastava, S., Tripathi, R., Govindarajan, R., Kuriakose, S. and Prasad, M. (2006) Phytochelatin synthesis and response of antioxidants during cadmium stress in Bacopa monnieri L. Plant Physiology and Biochemistry 44(1): 25-37.

Ohkawa, H., Ohishi, N. and Yagi, K. (1979) Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction. Analytical Biochemistry 95(2): 351-358.

Pandolfini, F., Gabbrielli, R. and Comparini, C. (1992) Nickel toxicity and peroxidase activity in seedlings of Triticum aestivum L. Plant, Cell & Environment 15: 719-725.

Pandey, N., Singh, A., Pathak, G. and Sharma, C. (2002) Effect of zinc on antioxidant response in maize (Zea mays L.) leaves. Indian Journal of Experimental Biology 40(8): 954-956.

Peng, M. and Kuc, J. (1992) Peroxidase-generated hydrogen peroxide as a source of antifungal activity in vitro and on tobacco leaf disks. Phytopathology 82(6): 696-699.

Pignocchi, C. and Foyer, C. H. (2003) Apoplastic ascorbate metabolism and its role in the regulation of cell signalling. Current Opinion in Plant Biology 6(4): 379-389.

Prasad, M. and Strzalka, K. (2002) Physiology and biochemistry of metal toxicity and tolerance in plants. Dordrecht: Kluwer Academic.

Ramos, I., Esteban, E., Lucena, J.J. and Gárate, A.N. (2002) Cadmium uptake and subcellular distribution in plants of Lactuca sp. Cd–Mn interaction. Plant Science 162(5): 761-767.

Reddy, A.M., Kumar, S.G., Jyothsnakumari, G., Thimmanaik, S. and Sudhakar, C. (2005) Lead induced changes in antioxidant metabolism of horsegram (Macrotyloma uniflorum (Lam.) Verdc. and bengalgram (Cicer arietinum L.). Chemosphere 60(1): 97-104.

Rivero, R. M., Ruiz, J. M. and Romero, L. (2003) Can grafting in tomato plants strengthen resistance to thermal stress? Journal of the Science of Food and Agriculture 83:1315–1319.

Sandalio, L. M. and Del Río, L. A. (1988) Intraorganellar distribution of superoxide dismutase in plant peroxisomes (glyoxysomes and leaf peroxisomes). Plant Physiology 88(4): 1215-1218.

Schutzendubel, A. and Polle, A. (2002) Plant responses to abiotic stress: heavy metal – induced oxidative stress and protection by mycorhization.  Exprimental Botany 53:1351-1365.

Schützendübel, A., Schwanz, P., Teichmann, T., Gross, K., Langenfeld-Heyser, R., Godbold, D. and  Polle, A. (2001) Cadmium-Induced Changes in Antioxidative Systems, Hydrogen Peroxide Content, and Differentiation in scots pine roots. Plant Physiology 127(3): 887-898.

Sharma, P. and Dubey, R. S. (2005) Lead toxicity in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology 17(1): 35-52.

Sharma, S. S., Kaul, S., Metwally, A., Goyal, K. C., Finkemeier, I. and Dietz, K.-J. (2004) Cadmium toxicity to barley (Hordeum vulgare) as affected by varying Fe nutritional status. Plant Science 166(5): 1287-1295.

Tripathi, B., Mehta, S., Amar, A. and Gaur, J. (2006) Oxidative stress in Scenedesmus sp. during short-and long-term exposure to Cu2+ and Zn2+. Chemosphere 62(4): 538.

Tripathi, A. K., Sadhna, T. and Tripathi, S. (1999) Changes in some physiological and biochemical characters in Albizia lebbek as bio-indicators of heavy metal toxicity. Journal of Environmental Biology 20: 93-98.

Van Assche, F. and Clijsters, H. (1990) Effects of metals on enzyme activity in plants. Plant, Cell & Environment 13(3): 195-206.

Vassilev, A. and Yordanov, I. (1997) Reductive analysis of factors limiting growth of cadmium-treated plants: a review. Bulgarian Journal of Plant Physiology 23(3-4): 114-133.

Wang, J.P., Raman, H., Zhang, G.P., Mendham, N. and Zhou, M. X. (2006) Aluminium tolerance in barley (Hordeum vulgare L.): physiological mechanisms, genetics and screening methods. Journal of Zhejiang University Science B 7(10): 769-787.

Weisany, W., Sohrabi, Y., Heidari, Gh., Siosemardeh, A. and Ghassemi-Golezan, K. (2012) Changes in antioxidant enzymes activity and plant performances by salinity stress and zinc application in soybean (Glycine max L.). Plant Omics Journal 5(2): 60-67.

Winkel-Shirley, B. (2002) Biosynthesis of flavonoids and effects of stress. Current Opinion in Plant Biology 5(3): 218-223.

Nakano, Y. and Asada, K. (1981) Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiology 22: 867-880.

Wu, F. and Zhang, G. (2002) Alleviation of cadmium-toxicity by application of zinc and ascorbic acid in barley. Journal of Plant Nutrition 25(12): 2745-2761.

Yordanova, R.Y., Christov, K.N. and Popova, L.P. (2003) Antioxidative enzymes in barley plants subjected to soil flooding. Environmental and Experimental Botany  51(2): 93-101.