اثر تنش سرما و نور بر برخی از صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه دارویی استویا Stevia rebaudiana Bertoni))

 

عنوان                                                                                                                                       شماره صفحه

فصل اول- مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-1-1- اهمیت مسئله……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….2

1-1-2- فرضیه‌های پژوهش………………………………………………………………………………………………………………………………………………3

1-1-3- اهداف پژوهش……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..3

1-2- کلیات………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4

1-2-1- استویا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………4

1-2-1-1- گیاهشناسی استویا………………………………………………………………………………………………………………………………………….4

1-2-1-2- وضعیت محصول استویا در ایران و جهان……………………………………………………………………………………………………….4

1-2-2- تنش سرما…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….5

1-2-3- تنش نور……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….6

1-2-4- تنش اکسیداتیو…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….6

1-2-4-1- تولید گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) در سلول‌های گیاهی………………………………………………………………………….7

1-2-4-2- اختلال در فتوسنتز………………………………………………………………………………………………………………………………………….7

1-2-4-3- آسیب غشائی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

1-2-5- مکانیسم دفاعی سلول در برابر تنش اکسیداتیو………………………………………………………………………………………………….8

1-2-5-1- آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان…………………………………………………………………………………………………………………………………..9

1-2-5-1-1- آنزیم سوپراکسید دیسموتاز (SOD)………………………………………………………………………………………………………….9

1-2-5-1-2- آنزیم کاتالاز (CAT)……………………………………………………………………………………………………………………………….10

1-2-5-1-3- آنزیم پراکسیداز (POX)…………………………………………………………………………………………………………………………10

1-2-5-1-4-آنزیم آسکوربات پراکسیداز (APX)…………………………………………………………………………………………………………11

1-2-5-2-مالون‌دی‌آلدئید (MDA)………………………………………………………………………………………………………………………………12

1-2-5-3- پرولین (PRO)…………………………………………………………………………………………………………………………………………….12

1-2-6- کاروتنوئیدها………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13

1-2-7- کلروفیل……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..13

1-2-8- اثر تنش سرما بر آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان…………………………………………………………………………………………………………13

1-2-9- اثر شدت نور بر آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان…………………………………………………………………………………………………………..14

1-2-10- فلورسانس کلروفیل…………………………………………………………………………………………………………………………………………14

1-2-10-1- خاموشی فتوشیمیایی (qP)……………………………………………………………………………………………………………………….15

1-2-10-2- خاموشی غیر فتوشیمیایی (NPQ)……………………………………………………………………………………………………………15

1-2-10-3- تغییر حالت تیلاکوئید…………………………………………………………………………………………………………………………………16

1-2-10-4- بازدارندگی نوری…………………………………………………………………………………………………………………………………………16

1-2-10-5- خاموشی انرژی……………………………………………………………………………………………………………………………………………16

1-2-10-6- حالت تریپلت کلروفیل……………………………………………………………………………………………………………………………….16

1-2-11- فلورسانس کلروفیل a……………………………………………………………………………………………………………………………………..17

1-2-11-1- معرفی پارامترهای فلورسانس کلروفیل……………………………………………………………………………………………………..17

1-2-11-1-1- فلورسانس حداقل (Fo)…………………………………………………………………………………………………………………………17

1-2-11-1-2- فلورسانس پایدار (Ft)……………………………………………………………………………………………………………………………17

1-2-11-1-3- فلورسانس حداکثر (Fm)………………………………………………………………………………………………………………………18

1-2-11-1-4- فلورسانس متغیر (Fv)…………………………………………………………………………………………………………………………..18

1-2-11-1-5- حداکثر کارایی کوانتومی فتوسیستم II (Fv/Fm)………………………………………………………………………………18

1-2-11-1-6- کارایی کمپلکس تجزیه‌کننده آب در سمت‌دهنده فتوسیستم II (Fv/Fo)………………………………………..18

1-2-11-1-7- جریان انرژی برانگیخته در فتوسیستم II……………………………………………………………………………………………..19

فصل دوم- بررسی منابع

2-1- تنش سرما………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………21

2-1-1- اثر تنش سرما بر ویژگی‌های رویشی گیاهان……………………………………………………………………………………………………21

2-1-2- اثر تنش سرما بر ویژگی‌های فیزیولوژیک گیاهان…………………………………………………………………………………………….21

2-1-3- مکانیسم‌های مقاومت به تنش سرما در گیاهان……………………………………………………………………………………………….22

2-2- تنش نور…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………23

2-2-1- اثر تنش نور بر ویژگی‌های رویشی گیاهان……………………………………………………………………………………………………….23

2-2-2- اثر تنش نور بر ویژگی‌های فیزیولوژیکی گیاهان………………………………………………………………………………………………24

2-2-3- مکانیسم‌های مقاومت به تنش نوری در گیاهان……………………………………………………………………………………………….25

فصل سوم- مواد و روش‌ها

3-1- زمان و موقعیت جغرافیایی محل اجرای آزمایش………………………………………………………………………………………………….27

3-2- قالب آماری طرح……………………………………………………………………………………………………………………………………………………27

3-3- تهیه خاک و آماده سازی گلدان‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………27

3-4- آماده‌سازی و کاشت نشاء حاصل از کشت بافت……………………………………………………………………………………………………28

3-5- کاشت……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..28

3-6- اعمال تیمارهای آزمایشی………………………………………………………………………………………………………………………………………28

3-6-1- تیمار تنش سرما و شدت نور…………………………………………………………………………………………………………………………….28

3-7- نمونه‌برداری و اندازه‌گیری صفات و پارامترهای مورد مطالعه……………………………………………………………………………….29

3-7-1- اندازه‌گیری صفات رویشی…………………………………………………………………………………………………………………………………29

3-7-2- شاخص‌های فیزیولوژیک……………………………………………………………………………………………………………………………………29

3-7-2-1- فلورسانس کلروفیل a…………………………………………………………………………………………………………………………………..29

3-7-2-2- اندازه‌گیری میزان کلروفیل و کاروتنوئید برگ……………………………………………………………………………………………..30

3-7-2-3- اندازه‌گیری میزان نشت الکترولیت……………………………………………………………………………………………………………….31

3-7-3- شاخص‌های بیوشیمیایی……………………………………………………………………………………………………………………………………31

3-7-3-1- اندازه‌گیری آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی……………………………………………………………………………………………………………31

3-7-3-2- استخراج محلول آنزیمی……………………………………………………………………………………………………………………………….32

3-7-3-3- ثبت فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان……………………………………………………………………………………………………………32

الف- سوپر اکسید دیسموتاز…………………………………………………………………………………………………………………………………………….32

ب- کاتالاز…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………32

ج- گایاکول پراکسیداز……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..33

3-7-3-4- اندازه‌گیری میزان پراکسید هیدروژن…………………………………………………………………………………………………………..33

3-7-3-5- اندازه‌گیری میزان پراکسیداسیون لیپیدی یا مالون دی‌آلدئید…………………………………………………………………….33

3-7-3-6- اندازه‌گیری میزان پروتئین محلول……………………………………………………………………………………………………………….34

3-7-3-8- اندازه‌گیری میزان قند محلول………………………………………………………………………………………………………………………34

3-8- تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………………34

فصل چهارم- نتایج

4-1- صفات مورفولوژیک…………………………………………………………………………………………………………………………………………………37

4-1-1- تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات مورفولوژیک استویا………………………………………………………………37

4-1-2- تجزیه رگرسیونی اثر ساده تنش سرما بر صفات مورفولوژیک استویا……………………………………………………………….37

4-1-2-1- اثر ساده تنش سرما بر طول ریشه……………………………………………………………………………………………………………….37

4-1-2-2- اثر ساده تنش سرما بر وزن خشک ساقه، بخش هوایی و کل استویا…………………………………………………………..38

4-1-3- مقایسه میانگین اثر ساده شدت نور بر صفات مورفولوژیک استویا…………………………………………………………………..39

4-1-3-1- اثر ساده شدت نور بر وزن خشک ساقه، بخش هوایی، ریشه و کل استویا………………………………………………….39

4-1-4- تجزیه کوواریانس اثر تیمارهای آزمایشی بر برخی از صفات مورفولوژیک استویا…………………………………………….40

4-1-5- تجزیه رگرسیونی اثر ساده تنش سرما بر صفات مورفولوژیک گیاه استویا……………………………………………………….41

4-1-5-1- اثر ساده تنش سرما بر تعداد گره و سطح برگ استویا………………………………………………………………………………..41

4-1-6- مقایسه میانگین اثر ساده شدت نور بر صفات مورفولوژیک گیاه استویا…………………………………………………………..42

4-1-6-1- اثر ساده شدت نور بر ارتفاع بوته، سطح برگ و وزن خشک برگ استویا…………………………………………………….42

4-2- صفات فیزیولوژیک…………………………………………………………………………………………………………………………………………………43

4-2-1- تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات فیزیولوژیک استویا……………………………………………………………….43

4-2-2- تجزیه رگرسیونی اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات فیزیولوژیک گیاه استویا……………………………………………………43

4-2-2-1- برهمکنش تنش سرما و شدت نور بر رنگیزه‌های فتوسنتزی در گیاه استویا………………………………………………43

4-2-2-2- برهمکنش تنش سرما و شدت نور بر محتوی نسبی کلروفیل برگ (SPAD) در گیاه استویا…………………..46

4-2-2-2- برهمکنش تنش سرما و شدت نور بر میزان نشت الکترولیت در گیاه استویا……………………………………………..46

4-3- صفات بیوشیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………49

4-3-1- تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایشی بر صفات بیوشیمیایی استویا……………………………………………………………….49

4-3-2- تجزیه رگرسیونی اثر تنش سرما بر صفات بیوشیمیایی استویا در شدت نورهای مختلف……………………………….49

4-3-2-1- برهمکنش تنش سرما و شدت نور بر آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی استویا………………………………………………………..49

4-3-2-2- برهمکنش تنش سرما و شدت نور بر میزان پراکسید هیدروژن (H₂O₂) و پراکسیداسیون لیپیدی غشاء (MDA) استویا………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..51

4-3-3- مقایسه میانگین اثر ساده نور بر میزان قند محلول…………………………………………………………………………………………..52

4-4- پارامترهای فلورسانس کلروفیل……………………………………………………………………………………………………………………………..53

4-4-1- تجزیه واریانس اثر تیمارهای آزمایشی بر پارامترهای فلورسانس کلروفیل………………………………………………………53

4-4-2- اثر ساده تنش سرما و شدت نور بر پارامترهای اندازه‌گیری شده و محاسبه شده فلورسانس کلروفیل…………..54

4-4-2-1- فلورسانس حداقل (Fo) و فلورسانس حداقل در مرحله روشنایی (Fo΄)……………………………………………………54

4-4-2-2- کارایی کوانتومی فتوسیستم II (Fv/Fm) و کارایی کمپلکس تجزیه‌کننده آب در سمت دهنده فتوسیستم II (Fv/Fo)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………55

4-4-3- برهمکنش تنش سرما و شدت نور بر پارامترهای اندازه‌گیری شده و محاسبه شده فلورسانس کلروفیل……….57

4-4-3-1- فلورسانس حداکثر (Fm)، فلورسانس متغیر (Fv)، فلورسانس حداکثر در شرایط روشنایی (Fm´) و فلورسانس پایدار (Ft)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………57

4-4-3-2- کارایی کوانتومی فتوسیستم II…………………………………………………………………………………………………………………….59

فصل پنجم- بحث و نتیجه‌گیری

5-1- بحث……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….62

5-1-1- پارامترهای مورفولوژیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………62

5-1-1-1- اثر ساده تنش سرما بر صفات مورفولوژیکی…………………………………………………………………………………………………62

5-1-1-2- اثر ساده شدت نور بر صفات مورفولوژیکی……………………………………………………………………………………………………63

5-1-2- پارامترهای فیزیولوژیک……………………………………………………………………………………………………………………………………..63

5-1-3- پارامترهای بیوشیمیایی……………………………………………………………………………………………………………………………………..65

5-1-4- فلورسانس کلروفیل……………………………………………………………………………………………………………………………………………67

5-2- نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….71

5-3- پیشنهادها………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………72

منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….74

جدول‌ها                                                                                                                   شماره صفحه

جدول 3-1- برخی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک………………………………………………………………………………………………27

جدول 3-2- مؤلفه‌های بیوفیزیکی اندازه‌گیری شده فلورسانس کلروفیل و معادلات مربوطه……………………………………….30

جدول 4-1- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر سرما و شدت نور بر صفات مورفولوژیکی استویا……………………………37

جدول4-2- تجزیه کوواریانس (میانگین مربعات) اثر سرما و شدت نور بر صفات مورفولوژیکی استویا…………………………41

جدول 4-3- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر تنش سرما و نور بر صفات فیزیولوژیک گیاه استویا………………………43

جدول 4-4- برآورد مقادیر پارامترهای مربوط به معادلات برازش یافته (خطی و دوتکه‌ای) بر صفات فیزیولوژیک نسبت به مدت زمان تنش سرما در شدت‌های نوری متفاوت…………………………………………………………………………………………………….48

جدول 4-5- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر سرما و شدت نور بر صفات بیوشیمیایی در گیاه استویا………………..49

جدول 4-6- برآورد مقادیر پارامترهای مربوط به معادلات برازش یافته (خطی و دوتکه‌ای) بر پاسخ صفات بیوشیمیایی نسبت به مدت زمان تنش سرما در شدت‌های نوری متفاوت…………………………………………………………………………………………52

جدول 4-7- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر تنش سرما و نور بر پارامترهای فلورسانس کلروفیل در گیاه استویا………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..54

جدول 4-8- برآورد مقادیر پارامترهای مربوط به معادلات برازش یافته (خطی و دوتکه‌ای) بر پاسخ مؤلفه‌های فلورسانس کلروفیل نسبت به مدت زمان تنش سرما در شدت‌های نوری متفاوت…………………………………………………………59

شکل‌ها                                                                                                                   شماره صفحه

شکل1-1- مناطق مورد کشت استویا در جهان…………………………………………………………………………………………………………………5

شکل 1-2- همکاری آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان در جمع‌آوری گونه‌های اکسیژن فعال……………………………………………………12

شکل 1-3- منشا فلورسانس کلروفیل: جنبه‌های اساسی……………………………………………………………………………………………….15

شکل 4-1- اثر ساده تنش سرما بر طول ریشه در گیاه استویا……………………………………………………………………………………….38

شکل 4-2- اثر ساده تنش سرما بر وزن خشک ساقه، اندام هوایی و کل استویا……………………………………………………………39

شکل 4-3- اثر شدت نور بر وزن خشک ساقه، اندام هوایی، ریشه و کل استویا…………………………………………………………….40

شکل 4-4- اثر ساده تنش سرما بر تعداد گره و سطح برگ در گیاه استویا…………………………………………………………………..41

شکل 4-5- اثر ساده شدت نور بر ارتفاع بوته، سطح برگ و وزن خشک برگ استویا……………………………………………………42

شکل 4-6- اثر تنش سرما بر محتوای کلروفیل a، b، کلروفیل a+b (ج)، نسبت کلروفیل a بر b و کارتنوئید در سه شدت نور 240، 120 و 24 میکرو مول بر متر مربع در ثانیه در برگ استویا…………………………………………………………………45

شکل 4-7- اثر تنش سرما بر محتوای نسبی کلروفیل برگ (عدد SPAD) در گیاه استویا در شرایط نوری مختلف………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………46

شکل 4-8- اثر تنش سرما بر نشت الکترولیت در گیاه استویا در شرایط نوری مختلف………………………………………………..47

شکل 4-9- اثر تنش سرما بر فعالیت کاتالاز، پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز در سه شدت نور 240، 120 و 24 میکرو مول بر متر مربع در ثانیه در برگ استویا……………………………………………………………………………………………………………..50

شکل 4-10- اثر تنش سرما بر میزان مالون دی‎آلدئید و پراکسید هیدروژن در سه شدت نور 240، 120 و 24 میکرومول بر متر مربع در ثانیه در برگ استویا……………………………………………………………………………………………………………….51

شکل 4-11- اثر ساده شدت نور بر میزان قند محلول در برگ استویا…………………………………………………………………………..53

شکل 4-12- اثر ساده تنش نور و مدت زمان تنش سرما بر پارامترهای فلورسانس حدااقل (Fo) و فلورسانس حداقل در مرحله روشنایی (Fo΄) در برگ گیاه استویا…………………………………………………………………………………………………………………….55

شکل 4-13- اثر ساده شدت نور و مدت زمان تنش سرما بر پارامترهای کارایی کمپلکس تجزیه آب در سمت‌دهنده فتوسیستم II (Fv/Fo) و حداکثر کارایی کوانتومی فتوسیستم II (Fv/Fm) در برگ گیاه استویا……………………………..56

شکل 4-14- اثر تنش سرما برمؤلفه‌های فلورسانس حداکثر (Fm)، فلورسانس متغیر (Fv)، فلورسانس حداکثر در شرایط روشنایی (Fm΄) و فلورسانس پایدار (Ft) در سه شدت نور 240، 120 و 24 میکرومول بر مترمربع در ثانیه در برگ گیاه استویا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….58

شکل 4-15- اثر تنش سرما بر پارامترهای کارآيی کوانتومی مؤثر فتوسیستم II [Y(II)]، کارايی کوانتومی غیرفتوشیمیايی تنظیم‌شده فتوسیستم [Y(NPQ)] II و کارايی کوانتومی غیرفتوشیمیايی تنظیم‌نشده فتوسیستم II [Y(NO)] در سه شدت نور 240، 120 و 24 میکرومول بر مترمربع در ثانیه در برگ گیاه استویا……………………………..60

رابطه‌ها                                                                                                                   شماره صفحه

[رابطه 1-1]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..10

[رابطه 1-2]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..10

[رابطه 1-3]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..12

[رابطه 3-1]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..30

[رابطه 3-2]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..30

[رابطه 3-3]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..30

[رابطه 3-4]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..30

[رابطه 3-5]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..31

[رابطه 3-6]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..31

[رابطه 3-7]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..35

[رابطه 3-8]……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..35