دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان مجله پژوهش در متابولیت‌های گیاهی 3041-9638 4 2 2026 08 23 Physiological response of Periwinkle (Vinca minor L.) to different levels of ultraviolet radiation پاسخ فیزیولوژیک پیچ تلگرافی (Vinca minor L.) به سطوح مختلف پرتو فرابنفش 69 84 250708 10.22034/jrpsm.2026.588772.1123 FA علیرضا شایگان فر گروه علوم و مهندسی باغبانی و فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران 0000-0003-4783-8954 مرجان میرزایی گروه علوم و مهندسی باغبانی و فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران حسن مومیوند گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران سید فاضل میراحمدی گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه ولایت، ایرانشهر، ایران Journal Article 2026 05 27 Background and objectives: Ultraviolet (UV) radiation, as a part of the electromagnetic spectrum, has significant consequences for plant physiology. The increased depletion of the stratospheric ozone layer due to industrial activities has led to an increase in UV-B radiation reaching the Earth's surface. This radiation acts as an oxidative stressor and, by generating reactive oxygen species (ROS), damages cellular components such as DNA, proteins, and membrane lipids. In response, plants employ complex defense mechanisms, including enzymatic (e.g., catalase and peroxidase) and non-enzymatic (e.g., phenols and carotenoids) antioxidant systems. Among these, medicinal plants are of particular importance due to their inherent ability to produce valuable secondary metabolites. Periwinkle (Vinca minor L.), from the Apocynaceae family, is a medicinal and ornamental plant containing valuable indole alkaloids such as vincamine, known for its modulating effects on cerebral blood circulation and neuroprotective properties. However, the physiological responses of this plant to UV radiation, especially considering the variable of radiation pattern (intermittent vs. continuous), have been less studied. This research was designed and conducted to investigate the effect of different types of UV radiation (UV-A and UV-B) under two patterns of intermittent and continuous irradiation on the physiological characteristics, antioxidant defense system, and secondary metabolite content of periwinkle. Materials and Methods: This research was conducted as a completely randomized design with 7 treatments and 3 replications in the greenhouse of Malayer University (Hamedan, Iran). Periwinkle plantlets, after in vitro culture in MS medium and rooting, were transferred to pots containing Hoagland's solution. After one week of establishment, they were exposed to UV radiation treatments for 9 days. The treatments included: control (only fluorescent light), intermittent UV-A, continuous UV-A, intermittent UV-B, continuous UV-B, intermittent UV-AB, and continuous UV-AB. UV radiation was applied using 40-watt broadband lamps manufactured by Q-Lab (USA), providing the closest match to the natural solar spectrum, for 45 minutes in the middle of the 16-hour photoperiod. The intermittent pattern consisted of three 15-minute periods with 15-minute intervals, and the continuous pattern involved 45 minutes of uninterrupted radiation. At the end of the treatment period, leaf samples were harvested and immediately frozen in liquid nitrogen. The measured traits included the activity of antioxidant enzymes (catalase, peroxidase, and ascorbate peroxidase), malondialdehyde (MDA) content, photosynthetic pigments (chlorophyll a, b, and carotenoids), total phenol, proline, soluble sugars, and fresh and dry root weight. Results: The results showed that UV radiation had a significant effect on most of the measured physiological traits. In the enzymatic defense sector, the highest catalase enzyme activity was observed in the intermittent UV-A treatment (0.44), and the highest ascorbate peroxidase activity was recorded in the intermittent UV-AB treatment (0.55), both showing a significant difference from the control. However, guaiacol peroxidase activity was not affected by the treatments. Regarding photosynthetic pigments, the intermittent UV-B treatment exhibited a powerful photoprotection strategy, marked by a significant peak in carotenoids (0.93 mg/g) and a sharp decline in chlorophyll b (0.1 mg/g). The continuous UV-B treatment also showed the highest chlorophyll a (0.85 mg/g) but failed to increase carotenoids significantly. Total phenol content increased significantly compared to the control only in the intermittent UV-B treatment (28.49 mg GAE/g), identifying it as the most effective elicitor of the phenylpropanoid pathway. A key and unexpected finding was the significant decrease in malondialdehyde in all UV treatments compared to the control, indicating the remarkable efficiency of the plant's antioxidant defense system. Soluble sugar content decreased significantly in the intermittent UV-B treatment, reflecting the consumption of carbon reserves to supply the energy and carbon skeletons required for the biosynthesis of defensive metabolites. Proline changes were significant only in the continuous UV-B treatment, showing a decrease compared to the control. Fresh and dry root weight showed no significant change under any treatment. Conclusion: This study demonstrated, for the first time, that the physiological response of periwinkle to UV radiation depends not only on the type of spectrum but also on the irradiation pattern. Intermittent UV-B, as the most efficient elicitor, achieved a level of cellular protection by coordinated induction of enzymatic (increased catalase) and non-enzymatic (significant increase in total phenol and carotenoids) antioxidant defenses, reducing lipid peroxidation even below the control level. This defensive success was accompanied by the consumption of sugar reserves, highlighting the metabolic cost of these responses. In contrast, continuous UV-B, by decreasing proline and failing to increase phenols and carotenoids, likely exceeded the plant's tolerance threshold. From a practical perspective, the results of this study demonstrate the potential of intermittent UV-B radiation as a non-chemical elicitor for enhancing secondary metabolites in periwinkle; however, confirming its commercial application requires further complementary studies on a larger scale, over longer growth periods, and with an evaluation of final plant yield. سابقه و هدف: پرتو فرابنفش (UV) پیامدهای قابل‌توجهی برای فیزیولوژی گیاهان دارد. افزایش پرتو فرابنفش B در سطح زمین ناشی از تخریب لایه اوزون، به‌عنوان یک تنش اکسیداتیو عمل کرده و با تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)، به اجزای سلولی آسیب می‌رساند. در پاسخ، گیاهان سازوکارهای دفاعی آنزیمی (مانند کاتالاز و پراکسیداز) و غیرآنزیمی (مانند فنل‌ها و کاروتنوئیدها) را فعال می‌کنند. گیاهان دارویی به دلیل توانایی تولید متابولیت‌های ثانویه ارزشمند، اهمیت ویژه‌ای دارند. پیچ تلگرافی (Vinca minor L.) از خانواده خرزهره، گیاهی دارویی-زینتی با آلکالوئیدهای ایندولی ارزشمند نظیر وینکامین است. بااین‌حال، پاسخ‌های فیزیولوژیک این گیاه به پرتو فرابنفش، به‌ویژه با در نظر گرفتن متغیر الگوی تابش (منقطع در مقابل پیوسته)، کمتر مطالعه شده است. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر انواع پرتو فرابنفش در دو الگوی تابش بر ویژگی‌های فیزیولوژیک، سیستم دفاع آنتی‌اکسیدانی و متابولیت‌های ثانویه پیچ تلگرافی اجرا شد. مواد و روش‌ها: تحقیق در قالب طرح کاملاً تصادفی با ۷ تیمار و ۳ تکرار در گلخانه دانشگاه ملایر اجرا گردید. گیاهان پس از کشت درون‌شیشه‌ای و ریشه‌دار شدن، به گلدان‌های حاوی محلول هوگلند منتقل و پس از یک هفته، به مدت ۹ روز تحت تیمارهای پرتو فرابنفش قرار گرفتند. تیمارها شامل شاهد (فقط نور فلورسنت)، UV-A منقطع، UV-A پیوسته، UV-B منقطع، UV-B پیوسته، UV-AB منقطع و UV-AB پیوسته بودند. تابش با لامپ‌های ۴۰ واتی باند پهن Q-Lab آمریکا (با طیف شبیه‌سازی‌شده طبیعی) به مدت ۴۵ دقیقه در میانه دوره نوری ۱۶ ساعته اعمال شد. الگوی منقطع شامل سه دوره ۱۵ دقیقه‌ای با فواصل ۱۵ دقیقه‌ای و الگوی پیوسته شامل ۴۵ دقیقه تابش مداوم بود. صفات اندازه‌گیری‌شده شامل فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان (کاتالاز، پراکسیداز، آسکوربات پراکسیداز)، مالون‌دی‌آلدهید (MDA)، رنگیزه‌های فتوسنتزی، فنل کل، پرولین، قندهای محلول و وزن تر و خشک ریشه بودند. یافته‌ها: نتایج نشان داد که پرتو فرابنفش تأثیر معنی‌داری بر اغلب صفات فیزیولوژیک اندازه‌گیری‌شده داشت. در بخش دفاع آنزیمی، بیشترین فعالیت آنزیم کاتالاز در تیمار UV-A منقطع (44/0) و بیشترین فعالیت آسکوربات پراکسیداز در تیمار UV-AB منقطع (55/0) مشاهده شد که هر دو اختلاف معنی‌داری با شاهد داشتند. بااین‌حال، فعالیت گایاکول پراکسیداز تحت تأثیر تیمارها قرار نگرفت. در بخش رنگیزه‌های فتوسنتزی، تیمار UV-B منقطع با بیشینه معنی‌دار کاروتنوئیدها (93/0 میلی‌گرم بر گرم) و کاهش شدید کلروفیل b (1/0 میلی‌گرم بر گرم)، استراتژی حفاظت نوری قدرتمندی را به نمایش گذاشت. تیمار UV-B پیوسته نیز با بیشینه کلروفیل a (85/0 میلی‌گرم بر گرم) همراه بود، اما در افزایش کاروتنوئیدها ناموفق بود. محتوای فنل کل تنها در تیمار UV-B منقطع افزایش معنی‌دار نسبت به شاهد یافت (49/28میلی‌گرم GAE بر گرم) و آن را به‌عنوان مؤثرترین محرک مسیر فنیل‌پروپانوئید معرفی کرد. یافته‌ای کلیدی و غیرمنتظره، کاهش معنی‌دار مالون‌دی‌آلدهید در تمام تیمارهای پرتو فرابنفش نسبت به شاهد بود که بر کارایی چشمگیر سیستم دفاع آنتی‌اکسیدانی گیاه دلالت داشت. میزان قندهای محلول در تیمار UV-B منقطع به‌طور معنی‌داری کاهش یافت که نشان‌دهنده مصرف ذخایر کربنی برای تأمین انرژی و اسکلت‌های کربنی مورد نیاز بیوسنتز متابولیت‌های دفاعی بود. تغییرات پرولین تنها در تیمار UV-B پیوسته معنی‌دار شد که به‌صورت کاهش نسبت به شاهد مشاهده گردید. وزن تر و خشک ریشه در هیچ‌یک از تیمارها تغییر معنی‌داری نشان نداد. نتیجه‌گیری: این پژوهش برای نخستین بار نشان داد که پاسخ فیزیولوژیک پیچ تلگرافی به پرتو فرابنفش، نه‌تنها به نوع طیف، بلکه به الگوی تابش نیز وابسته است. تیمار فرابنفش B منقطع به‌عنوان کارآمدترین محرک، با القای هماهنگ دفاع آنتی‌اکسیدانی آنزیمی (افزایش کاتالاز) و غیرآنزیمی (افزایش معنی‌دار فنل کل و کاروتنوئیدها)، به چنان سطحی از محافظت سلولی دست یافت که پراکسیداسیون لیپیدی را حتی به زیر سطح شاهد کاهش داد. این موفقیت دفاعی با مصرف ذخایر قندی همراه بود که نشان‌دهنده هزینه متابولیکی این پاسخ‌هاست. در مقابل، UV-B پیوسته با کاهش پرولین و ناتوانی در افزایش فنل و کاروتنوئید، احتمالاً آستانه تحمل گیاه را پشت سر گذاشت. از منظر کاربردی، نتایج این پژوهش، پتانسیل تابش منقطع UV-B را به‌عنوان یک محرک غیرشیمیایی برای افزایش متابولیت‌های ثانویه در پیچ تلگرافی نشان می‌دهد، اما تأیید کاربرد تجاری آن نیازمند انجام مطالعات تکمیلی در مقیاس بزرگ‌تر، دوره‌های رشد طولانی‌تر و ارزیابی عملکرد نهایی گیاه می‌باشد.

https://jrpsm.asnrukh.ac.ir/article_250708_ca8fc4c4ee8913c0cb7b5b30229ea74b.pdf