مجله پژوهش در متابولیت‌های  گیاهی

مجله پژوهش در متابولیت‌های گیاهی

ارزیابی واکنشهای آنزیمی القاشده توسط کیتوزان و نقش آن در افزایش ظرفیت آنتی اکسیدانی کالوس بنگدانه سیاه (Hyoscyamus niger L.)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم باغبانی دانشگاه زنجان، ایران
2 گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
چکیده
الیسیتورها (محرک‌های زیستی یا شیمیایی) موادی هستند که با تحریک سیستم دفاعی گیاهان، پاسخ‌های فیزیولوژیک و متابولیکی را فعال می‌کنند .کیتوزان از جمله محرک‌هایی است که سبب فعال­سازی سلسله واکنش­های آنزیمی-دفاعی در گیاه می­شود. در این پژوهش اثر کیتوزان بر میزان فعالیت آنزیم های ضد تنش کالوس بنگدانه سیاه در شرایط درون شیشه­ای بررسی  شد. این آزمایش به‌ صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با دو فاکتور شامل کیتوزان در چهار سطح (150،100،50،0 میلی گرم بر لیتر) و در سه بازه زمانی (24، 48 و 72 ساعت) در آزمایشگاه کشت بافت گروه علوم باغبانی دانشگاه زنجان انجام گرفت. صفات مورد بررسی شامل میزان آنتی اکسیدان و میزان فعالیت آنزیم­های گایاکول پراکسیداز (GPX)، اسکوربات پراکسیداز(APX) و سوپر اکسید دیسموتاز (SOD) بود. در نتایج تجزیه واریانس، اثرات ساده و متقابل هر دو تیمار زمان و کیتوزان سبب معنی دار شدن نتایج میزان آنتی اکسیدان و میزان فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی شد، به طوری که غلظت 100 میلی گرم بر لیتر کیتوزان  در زمان 24 ساعت باعث بیشترین برانگیختگی در آنزیم­های  آنتی اکسیدانی  APX و SOD و قدرت مهار رادیکال آزاد DPPH  به ترتیب به میزان 017/0 و 57/0  و 06/65 شد. بیشترین میزان گایاکول پراکسیداز در غلظت 150 و زمان 48 ساعت و به میزان 0025/0 بود. با توجه به این نتایج و یافته های پیشین سایر محققان کیتوزان محرکی کارآمد جهت افزایش آنزیم­ها و ترکیبات آنتی اکسیدانی است که حتی در مقادیر کم قادر به تحریک سنتز ترکیبات گیاهی از طریق فعال کردن مکانیسم های دفاعی است.
کلیدواژه‌ها

Abdul Rahman NN, Zakaria Z., & Abdul Kadir MO. )2003(. Influence of elicitor availability on Limonene and Linalool accumulation from Citrus Grandis cell cultures, Malaysian J Pharm Sci. 2003; 1: 39
Beauchamp, C .,&Fridovich, I.(1971). Superoxide dismutase: improved assays and assay applicable to acrylamide gels. Annual Journal of Biochemistry 44: 276-287.
Chang C, Yang M, Wen H.,&  Chern J. (2002). Estimation of Total Flavonoid Content in Propolis by Two Complementary Colorimetric Methods. Food andDrug Analysis 2002; 10: 178-82.
Cheng X., Zhou U .,& Cui X. (2006). Improvement of phenylethanoid glycosides biosynthesis in Cistanche deserticola cell suspension cultures by chitosan elicitor. Biotechnology Journal. 121: 253-260.
Ebel, J  &  .,Mithofer, A. (1998). Planta 206, 335–348
Edreva A. 2005. Generation and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts: A submolecular approach. Agriculture, Ecosystems and Environment. 106: 119-133.
Esmaeilzadeh S, Sharifi M, Safaei N., & Behmanesh M. (2012). Enhancement of lignan and phenylpropanoid compounds production by chitosan and chitin in Linum album cell culture. Iranian J Plant Biol. 2012; 4 (11):13-26.
Falcón-Rodríguez, A.B .,, Cabrera, J.C.; Ortega, E. & Martínez-Téllez, M.A. (2009). Concen-tration and physicochemical properties of chitosan derivatives determine the induction of defense responses in roots and leaves of tobacco (Nicotiana tabacum) plants. Am. J. Agric. Biol. Sciences 2009; 4: 192-200
Ghasemi Dehkordi, N., Sajjadi, S. A .,&  Saqai, (1995). Botanical and phytochemical investigation of the plant (Hyoscyamus reticulatus L.) available in the flora of Iran. Isfahan Faculty of Pharmacy Journal 972-9: 998: 9 . [In Persian].
Gill S.S .,&  Tuteja N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinert in abiotic stress in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry. 48(12): 909-30.
Hadwiger, L.A. (2015). Anatomy of a nonhost disease resistance response of pea to Fusarium solani: PR gene elicitation via DNase, chitosan and chromatin alterations. Front. Plant Sci. 2015,12
Harish Prashanth, K.V., Dharmesh, K.S. Jagannatha, R ., & Tharanathan, R.N. (2007). Free radical-induced chitosan depolymerized products protect calf thymus DNA from oxidative damage. Carbohydrat, 342: 190-195.
Kim S.J., Lee S.Y.,&  Park S. (2004). Agrobacterium mediated genetic transformation of Perilla frutescens. Plant Cell Reports. 23: 386-390..
Kim, S.H. Jun, C.D. Suk, K. Choi, B.J. Lim, H. Park, S. Lee, S.H. Shin, H.Y. Kim, D.K & Shin, T.Y. (2006). Gallic acid inhibits histamine release and pro-inflammatory cytokine production in mast cells. Toxicol Sci. 91: 123-131.
Lin C.C ., &  Kao C.H. (1999). NaCl induced changes in ionically bound peroxidase activity in roots of rice seedling. Plant and Soil. 216(1-2): 147-153.
Lin W., Hu X., Zhang W., Rogers W.J.,&  Cai W. (2005). Hydrogen peroxide mediates defence responses induced by chitosans of different molecular weights in rice. Journal of Plant Physiology. 162: 937944..
Mahdavi, B., secondary school teacher, S.A., Alikhani, M.A .,&  Sharifi, M. (2013). The effect of chitosan concentrations on seed germination and antioxidant enzymes of safflower under water deficit conditions. Journal of Plant Research. 263: 352-365. [In Persian].
Mittler R. (2002). Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science. 7: 405 410.
Murashige, T., &   Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15(3): 473-497.
Nakano Y ., & Asada K. (1987). Purification of ascorbate peroxidase in spinach chloroplasts; its inactivation in ascorbate-depleted medium and reactivation by monodehydroascorbate radical. Plant and Cell Physiology. 28(1): 131-140.
Palazon J, Navarro-Ocana A, HernandezVazquez L., & Mirjalili MH. (2008). Application of metabolic engineering to the production of scopolamine. Molecules. 2008; 13: 1722 - 42.
Paulert R., Ebbinghaus D., Urlass C ., & Moerschbacher B.M. (2010). Priming of the oxidative burst in rice and wheat cell cultures by ulvan a polysaccharide from green macroalgae and enhanced resistance against powdery mildew in wheat and barley plants. Plant Pathology. 59: 634–642.
Pu, G.-B., Ma, D.-M., Chen, J.-L., Ma, L.-Q., Wang, H., Li, G.-F., &  Liu, B.-Y. (2009). Salicylic acid activates artemisinin biosynthesis in )Artemisia annua L.( Plant Cell Reports, 28 (7): 1127-1135.
Ramachandra Rao, S., Tripathi, U ., &  Ravishankar, G. (2002). Biotransformation of Digitoxin in Cell Cultures of Capsicum frutescens in the Presence of β-cyclodextrin. Biocatalysis and Biotransformation, 20 (2): 137-143..
Ramel F., Birtic S., Ginies C., Soubigou-Taconnat L., Triantaphylides C& Havaux M. (2012). Carotenoid oxidation products are stress signals that mediate gene responses to singlet oxygen in plants. Proceeding of the National Academy of Sciences of the united states of American. 109(14): 5535-40.
Roberts, S. C ., & Shuler, M. L. (1997). Large-scale plant cell culture. Current Opinion In Biotechnology, 8(2): 154-159.
Saha, K., Lajis, N. H., Israf, D. A., Hamzah, A. S., Khozirah, S., Khamis, S., & Syahida, A. (2004). Evaluation of antioxidant and nitric oxide inhibitory activities of selected Malaysian medicinal plants. Journal of Ethnopharmacology, 92(2-3), 263-267
Sahu R., Gangopadhyay M&. Dewanjee S. (2013). Elicitor-induced rosmarinic acid accumulation and secondary metabolism enzyme activities in Solenostemon scutellarioides. Acta Physiologiae Plantarum 35: 1473–1481
Sevón, N., & Oksman-Caldentey, K. M. (2002). Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation: root cultures as a source of alkaloids. Planta Medica, 68(10): 859-868.
Sharma, O. P., & Bhat, T. K. (2009). DPPH antioxidant assay revisited. Food Chemistry 113: 1202 1205
Sun T., Xie W.M., & Xu P.X. (2004). Superoxide anion scavenging activity of graft chitosan derivatives. Carbohydrate Polymers. 58: 379–382.
Swetie, R., Raesh, Ch., & Arun, S. (2007). Antioxidant potential of mint (Mentha Spicata L.) in radiation processed lamb meat. Food Chemistry 100: 451-458.
Vasconsuelo A, Giulietti AM., & Boland R. (2004). Signal transduction events mediating chitosan stimulation of anthraquinone synthesis in Rubia tinctorum. Plant Sci. 2004; 53: 405-413
Vasconsuelo, A., & Boland, R. (2007). Molecular aspects of the early stages of elicitation of secondary metabolites in plants. Plant Science, 172: 861-875
Yen, M.T., Yang, J.H., & Mau, J.L. (2008). Antioxidant properties of chitosan from crab shells. Carbohydrat, 74: 840-844.
Zhao, J., Davis, L. C., & Verpoorte, R. (2005). Elicitor signal transduction leading to production of plant secondary metabolites. Biotechnology Advances, 23(4): 283-333.
Zhao, Yuchen, Jianxin Ma, Hui Liu., & Xingdong Zhang. (2019). "Effect of chitosan on antioxidant enzymes and growth in plants: A meta-analysis." Frontiers in Plant Science, 10, 598.
Mondal, Md Monirul Alam, Md Mamunur Rashid, Shahidul Islam, & Anwar Hossain. (2020). "Chitosan induces antioxidant enzyme activities and improves medicinal properties of plants under oxidative stress." Plant Growth Regulation, 90 (2), 117-129.
Khan, Muhammad Imran, Fawad Aziz, Bushra Z. Hashmi ., & Muhammad Tariq. (2021). "Chitosan enhances antioxidant enzyme activities and growth in medicinal plants exposed to environmental stress." Journal of Medicinal Plants Research, 15(9), 412-420