رفتار سیستم دفاع ضد اکسیدانی آنزیمی و غیرآنزیمی عصاره ریشه گیاه کنگر (gundelia tournefortii l. ) در مواجه با کادمیوم

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.

evaluation of the enzymatic and non-enzymatic antioxidant defense system of artichoke root extract against cadmium

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.