اثر کاربرد سدیم نیتروپروساید بر صفات گیاهی salvia virgata jacq. در شرایط تنش کادمیوم

سابقه و هدف: در تولید گیاهان دارویی، حفظ کیفیت و ترکیب‌های موثر آنها چالشی اساسی است. جنس مریم‌گلی (salvia spp.)، منبع سرشاری از ترکیب‌های بیولوژیک هستند که باعث انهدام رادیکال‌های آزاد و اثرهای آنتی‌اکسیدانی، ضدالتهابی و ضد میکروبی این گیاهان می‌شوند. مریم‌گلی ترکه‌ای (salvia virgata) دارای چندین فعالیت بیولوژیکی است و از آن برای درمان زخم‌ها و بیماری‌های مختلف پوستی و برای جلوگیری از سرطان خون استفاده می‌شود. کادمیوم به‌دلیل نیمه‌عمر زیستی طولانی، تحرک قابل توجه در خاک و ظرفیت جذب توسط گیاهان، یکی از سمّی‌ترین فلزات سنگین است. اثرهای منفی کادمیوم بر رشد، فعالیت‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان، باعث کاهش کیفیت و عملکرد گیاهان می‌شود. سدیم نیتروپروساید با آزاد کردن نیتریک اکسید (no)، در فرایندهای زیستی و پاسخ به تنش‌های مختلف دخالت دارد. مواد و روش‌ها: با هدف بررسی تاثیر سطوح مختلف سدیم نیتروپروساید در بهبود پاسخ گیاه مریم‌گلی ترکه‌ای (salvia virgata) به تنش کادمیوم تحت شرایط درون شیشه‌ای، آزمایشی با طراحی فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار در پژوهشکده علوم گیاهی دانشگاه فردوسی مشهد اجرا شد. فاکتورهای مورد مطالعه شامل سطوح مختلف کادمیوم (0 (شاهد)، 25، 50 و 100 میکرومولار) و سدیم نیتروپروساید (0 (شاهد)، 15 و 30 میکرومولار) بودند. از محیط کشت موراشیگ و اسکوگ برای کشت بذر‌ها استفاده شد. در این آزمایش مقادیر مختلف نیترات کادمیوم قبل از تنظیم ph به محیط کشت اضافه گردید. سدیم نیتروپروساید به‌دلیل حساسیت به دمای بالا بعد از اتوکلاو و با فیلتر زیر لامینار به محیط اضافه گردید. در ابتدا، بذرها با استفاده از الکل 70% و هیپوکلریت سدیم 2% استریل شدند؛ سپس در محیط کشت کاشته شدند. پس از سه ماه رشد، گیاهچه‌ها از محیط کشت برداشته شدند. صفات رشدی شامل وزن تر و خشک بخش هوایی، ریشه و کل گیاهچه و صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی شامل رنگیزه‌های فتوسنتزی (اندازه‌گیری کلروفیل a، کلروفیل b، کاروتنوئید، کلروفیل کل و رنگیزه فتوسنتزی کل)، فلاونوئید، فنول کل، کربوهیدرات، پرولین، پروتئین و فعالیت آنتی‌اکسیدانی اندازه‌گیری شدند. تجزیه‌وتحلیل داده‌های بدست‌آمده از این پژوهش با استفاده از نرم‌افزار minitab انجام شد. مقایسه میانگین‌ها با استفاده از آزمون bonferroni در سطح احتمال 5% انجام شد.نتایج: طبق نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده‌ها، اثر متقابل کادمیوم و نیتروپروساید بر وزن تر گیاهچه، طول اندام هوایی، کلروفیل a، کلروفیل b، کاروتنوئید، رنگیزه‌های فتوسنتزی کل، فنل کل، کربوهیدرات و پرولین در سطح احتمال 1% و وزن خشک گیاهچه، کلروفیل کل، فلاونوئید و پروتئین در سطح احتمال 5% معنی‌دار شد. اثر متقابل تیمارها بر فعالیت آنتی‌اکسیدانی معنی‌دار نشد؛ ولی اثرهای ساده آنها معنی‌دار شد. نتایج مقایسه میانگین داده‌ها نشان داد که تنش کادمیوم باعث کاهش وزن تر و خشک گیاهچه، طول اندام هوایی، کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل، کاروتنوئید و رنگیزه‌های فتوسنتزی کل در گیاه مریم‌گلی ‌ترکه‌ای شد و استفاده از سدیم نیتروپروساید منجر به بهبود این صفات گردید؛ به‌طوری که استفاده از 30 میکرومولار سدیم نیتروپروساید تحت تنش کادمیوم با غلظت 50 میکرومولار، بیشترین وزن تر و خشک گیاهچه و میزان پرولین را نشان داد و استفاده از 15 میکرومولار سدیم نیتروپروساید تحت تنش کادمیوم با غلظت 25 میکرومولار، بیشترین میزان طول اندام هوایی، کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل، کاروتنوئید و رنگیزه‌های فتوسنتزی کل را نشان داد. همچنین، نتایج دیگر این پژوهش بیانگر آن بود که تنش کادمیوم منجر به افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدانی، میزان فلاونوئید کل، فنل کل، کربوهیدرات محلول، پرولین و پروتئین در گیاه مریم‌گلی ‌ترکه‌ای شد؛ اما استفاده از سدیم نیتروپروساید باعث بهبود تاثیرات منفی تنش کادمیوم می‌گردید؛ به‌طوری که استفاده از 30 میکرومولار سدیم نیتروپروساید منجر به افزایش فلاونوئید کل، فنل ‌کل، کربوهیدرات محلول و پروتئین در شرایط تنش کادمیوم با غلظت 25 میکرومولار شد.نتیجه‌گیری: نتایج نشان دادند که تنش کادمیوم باعث کاهش رشد و عملکردهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان می‌شود، اما استفاده از سدیم نیتروپروساید توانست تاثیرات منفی کادمیوم را بهبود بدهد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که سدیم نیتروپروساید می‌تواند به‌عنوان یک ابزار موثر در مدیریت تنش‌های کادمیومی در گیاهان دارویی مورد استفاده قرار گیرد و به بهبود رشد و کیفیت این گیاهان کمک کند. این تحقیق علاوه بر افزایش اطلاعات ما درباره سازوکار‌های پاسخ گیاهان به تنش کادمیومی، به تحلیل تاثیر سدیم نیتروپروساید در مواجهه با آلاینده‌های زیست ‌محیطی کمک می‌کند.

the effect of sodium nitroprusside application on salvia virgata jacq. plant traits under cadmium stress conditions

background and objectives: maintaining medicinal plants’ quality and effective compounds is a fundamental challenge. salvia l. has antioxidant, anti-inflammatory, and antimicrobial properties and is a rich source of biological compounds that destroy free radicals. salvia virgate jacq. has several biological activities and is used to treat wounds and various skin diseases and prevent blood cancer. cadmium is one of the most toxic heavy metals due to its long biological half-life, significant mobility in soil, and capacity to be absorbed by plants. cadmium’s negative effects on plant growth, and physiological and biochemical activities reduce plant quality and performance. sodium nitroprusside is involved in biological processes and responds to various stresses by releasing nitric oxide (no).methodology: to investigate the effect of different levels of sodium nitroprusside on improving the response of salvia virgata to cadmium stress under in vitro conditions, an experiment was conducted in the research institute of plant sciences of the ferdowsi university of mashhad with a factorial design based on a completely randomized design with four replications. the studied factors included different levels of cadmium (0 (control), 25, 50, and 100 µm) and sodium nitroprusside (0 (control), 15, and 30 µm). murashig and skoog culture media were used for seed cultivation. in this experiment, different amounts of cadmium nitrate were added to the culture medium before adjusting the ph. sodium nitroprusside was added to the medium after autoclaving and a sub-laminar filter due to its sensitivity to high temperatures. at first, the seeds were sterilized with 70% alcohol and 2% sodium hypochlorite; then, they were planted in a culture medium. after three months of growth, the seedlings were removed from the culture medium. growth traits include the fresh and dry weight of the aerial part, root, and whole seedling, and physiological and biochemical traits including photosynthetic pigments (measurement of chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoid, total chlorophyll, and total photosynthetic pigment), flavonoid, total phenol, carbohydrate, proline, protein, and antioxidant activity were measured. the data obtained from this research were analyzed by minitab software. the mean comparisons were done by the bonferroni test at the five percent probability level.results: according to the results of the analysis of variance of the data, the interaction effect of cadmium and nitroprusside on seedling fresh weight, chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoid, total photosynthetic pigments, total phenol, carbohydrate and proline at the probability level of one percent and seedling dry weight, total chlorophyll, flavonoid, and protein were significant at the five percent probability level. the interaction effect of treatments on antioxidant activity was not significant, but their simple effects were significant. the results of the mean comparison of the data indicated that cadmium stress decreased the fresh and dry weight of seedlings, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoids, and total photosynthetic pigments in s. virgata, and the application of sodium nitroprusside led to the improvement of these traits; so that the application of 30 μm sodium nitroprusside under cadmium stress with a 50 μm concentration showed the highest fresh and dry weight of seedlings and the proline content, and the application of 15 μm sodium nitroprusside under cadmium stress with a 25 μm concentration showed the highest amount of photosynthetic pigments.