مجله پژوهش در متابولیت‌های  گیاهی

مجله پژوهش در متابولیت‌های گیاهی

پاسخ فیزیولوژیک پیچ تلگرافی (Vinca minor L.) به سطوح مختلف پرتو فرابنفش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و مهندسی باغبانی و فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران
2 1) گروه علوم و مهندسی باغبانی و فضای سبز، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران
3 گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران
4 گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه ولایت، ایرانشهر، ایران
10.22034/jrpsm.2026.588772.1123
چکیده
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.
کلیدواژه‌ها

Barbato, R., Frizzo, A., Friso, G., Rigoni, F. & Giacometti, G. M. (1995). Degradation of the D1 protein of photosystem‐II reaction centre by ultraviolet‐B radiation requires the presence of functional manganese on the donor side. European Journal of Biochemistry, 227(3), 723-729. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1995.459_b.x
Booij-James, I. S., Dube, S. K., Jansen, M. A., Edelman, M. & Mattoo, A. K. (2000). Ultraviolet-B radiation impacts light-mediated turnover of the photosystem II reaction center heterodimer in Arabidopsis mutants altered in phenolic metabolism. Plant Physiology, 124(3), 1275-1284. DOI: 10.1104/pp.124.3.1275
Buege, J. A. & Aust, S. D. (1978). Microsomal lipid peroxidation. In Methods in Enzymology (Vol. 52, pp. 302-310). Academic Press. DOI: 10.1016/s0076-6879(78)52032-6
Chance, B. & Maehly, A. C. (1955). Assay of catalases and peroxidases. In Methods in Enzymology (Vol. 2, pp. 764-775). Academic Press. DOI: 10.1016/S0076-6879(55)02300-8
Chen, Q., Lu, X., Guo, X., Guo, Q. and Li, D. (2017). Metabolomics characterization of two Apocynaceae plants, Catharanthus roseus and Vinca minor, using GC-MS and LC-MS methods in combination. Molecules, 22(6), 997. DOI: 10.3390/molecules22060997
Cockell, C. S. & Horneck, G. (2001). The history of the UV radiation climate of the earthTheoretical and space‐based observations. Photochemistry and Photobiology, 73(4), 447-451. DOI: 10.1562/0031-8655(2001)073<0447:thotur>2.0.co;2
Costa, H., Gallego, S. M. & Tomaro, M. L. (2002). Effect of UV-B radiation on antioxidant defense system in sunflower cotyledons. Plant Science, 162(6), 939-945. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00051-1
Enteshari, Sh., Kalantari, K.H. & Ghorbani, M. (2006). The Effect of Epibrassinosteroid and Different Bands of Ultraviolet Radiation on the Pigments Content in Glycine max L. Pakistan Journal of Biological Sciences, 18(1), 77-84. (In Persian). DOI: 10.3923/pjbs.2006.231.237
Eraslan, F., Inal, A., Pilbeam, D. J. & Gunes, A. (2008). Interactive effects of salicylic acid and silicon on oxidative damage and antioxidant activity in spinach (Spinacia oleracea L. cv. Matador) grown under boron toxicity and salinity. Plant Growth Regulation, 55, 207-219. https://doi.org/10.1007/s10725-008-9277-4
Erkan, M., Wang, S. Y. & Wang, C. Y. (2008). Effect of UV treatment on antioxidant capacity, antioxidant enzyme activity and decay in strawberry fruit. Postharvest Biology and Technology, 48(2), 163-171. DOI: 10.1016/j.postharvbio.2007.09.028
Foyer, C. H., Lopez‐Delgado, H., Dat, J. F. & Scott, I. M. (1997). Hydrogen peroxide‐and glutathione‐associated mechanisms of acclimatory stress tolerance and signalling. Physiologia Plantarum, 100(2), 241-254. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1997.tb04780.x
Ghasemi, R., Talebloo, N., Parsa, P., Saffarian, P., Baradaran, S., Zarei, M. & Fatemi, F. (2023). Effects of UV stress on Shewanella azerbaijanica bioremediation response. Radiochimica Acta, 111(4), 301-315. DOI: 10.1515/ract-2022-0059
Gensemer, R. W., Huang, X. D., Duxbury, C. L., Greenberg, B. M., Gerhardt, K. E. & Wilson, M. I. (1997). The effects of ultraviolet-B radiation on higher plants. In Plants for Environmental Studies (pp. 1-35). Taylor & Francis. DOI: 10.1201/9781420048711.ch1
Hajipour, Z., Mumivand, H., Shayganfar, A. & Ebrahimi, A. (2022). Effect of ultraviolet irradiation and foliar application of some plant growth regulators on biomass and morphological characteristics of Fenugreek (Trigonella foenum-graecum L.). Journal of Plant Process and Function, 29(1), 133-154. DOI: 10.22069/jopp.2021.18867.2785
Hollósy, F. (2002). Effects of ultraviolet radiation on plant cells. Micron, 33(2), 179-197. DOI: 10.1016/s0968-4328(01)00011-7
Kargar Khorrami, S., Jamei, R. & Hosseini Sarghein, S. (2013). Changes in physiological and anatomical indices of okra (Hibiscus esculentus L.) under different bands of ultraviolet radiation. Plant Biological Sciences, 5(1), 13-26. (In Persian). DOI: 20.1001.1.20088264.1392.5.16.3.1
Kataria, S. & Guruprasad, K. N. (2014). Exclusion of solar UV components improves growth and performance of Amaranthus tricolor varieties. Scientia Horticulturae, 174, 36-45. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2014.05.003
Kumari, R. & Agrawal, S. B. (2010). Supplemental UV‐B induced changes in leaf morphology, physiology and secondary metabolites of an Indian aromatic plant Cymbopogon citratus (DC) Staph under natural field conditions. International Journal of Environmental Studies, 67(5), 655-675. https://doi.org/10.1080/00207233.2010.513828
Kumari, R., Singh, S. & Agrawal, S. B. (2009). Effects of supplemental ultraviolet-B radiation on growth and physiology of Acorus calamus L. (sweet flag). Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica, 51(2), 19-27. https://abcbot.pl/pdf/51_2/03_kumari.pdf
Leelaprakash, G., Mohan Dass, S. & Sivajothi, V. (2011). Antioxidant and hepatoprotective activities of Vernonia cinerea extract against CCl4 induced hepatotoxicity in albino rats. International Journal of Pharmaceutical Sciences Review and Research, 10(2), 30-34. https://globalresearchonline.net/journalcontents/volume10issue2/Article-005.pdf
Lichtenthaler, H. K. (1987). Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. In Methods in Enzymology (Vol. 148, pp. 350-382). Academic Press. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1
Luis, J. C., Pérez, R. M. & Valdés, F. G. (2007). UV-B radiation effects on foliar concentrations of rosmarinic and carnosic acids in rosemary plants. Food Chemistry, 101(3), 1211-1215. DOI: 10.1016/j.foodchem.2006.03.023
MacAdam, J. W., Nelson, C. J. & Sharp, R. E. (1992). Peroxidase activity in the leaf elongation zone of tall fescue: I. Spatial distribution of ionically bound peroxidase activity in genotypes differing in length of the elongation zone. Plant Physiology, 99(3), 872-878. DOI: 10.1104/pp.99.3.872
Maffei, M., Canova, D., Bertea, C. M. & Scannerini, S. (1999). UV-A effects on photomorphogenesis and essential-oil composition in Mentha piperitaJournal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 52(1-3), 105-110. DOI: 10.1016/S1011-1344(99)00110-4
Mahdavian, K., Ghorbanli, M., Manouchehr Kalantari, Kh. & Mohammadi, Gh. (2006). The effect of different bands of ultraviolet radiation on physiological and morphological factors of pepper (Capsicum annuum L.). Iranian Journal of Biology, 19(1), 43-0. (In Persian). DOI: 20.1001.1.23222727.1397.7.23.14.7
McDonald, S., Prenzler, P. D., Antolovich, M. & Robards, K. (2001). Phenolic content and antioxidant activity of olive extracts. Food Chemistry, 73(1), 73-84. DOI: 10.1016/S0308-8146(00)00288-0
Mohammady, W. A., Zarei, H. & Mousavizadeh, S. J. (2020). Morphological and biochemical responses of basil plant under ultraviolet radiation-B and deficit irrigation under greenhouse conditions. Journal of Soil and Plant Interactions, 11(1), 85-101. https://jspi.iut.ac.ir/browse.php?a_id=1472&sid=1&slc_lang=en&ftxt=1
Mozaffarian, V. (1998). Dictionary of Iranian plant names: Latin, English, Persian. Farhang Moaser Publications, Tehran, Iran. (In Persian). https://farhangmoaser.com/product
Nouri, M., Pouraimani, R. & Khodaei, M. (2012). Study the effect of UV-C radiation on chlorophyll and flavonoids of Coronilla varia L. (Fabaceae). Cell and Tissue, 3(1), 43-51. (In Persian). https://jct.araku.ac.ir/article_925_5d4153f56ada8c0a1ecd174f5bf476b3.pdf
Paul, N. D. & Gwynn-Jones, D. (2003). Ecological roles of solar UV radiation: towards an integrated approach. Trends in Ecology & Evolution, 18(1), 48-55. DOI: 10.1016/S0169-5347(02)00014-9
Pourakbar, L. & Abedzadeh, M. (2014). Effect of UV-B and UV-C radiation on antioxidant enzymes activity in lemon balm (Melissa officinalis L.) and the role of salicylic acid in alleviating UV-induced stress. Iranian Journal of Plant Biology, 6(20), 23-34. (In Persian). DOI: 20.1001.1.20088264.1393.6.21.4.9
Rady, M. R., Gierczik, K., Ibrahem, M. M., Matter, M. A. & Galiba, G. (2021). Anticancer compounds production in Catharanthus roseus by methyl jasmonate and UV-B elicitation. South African Journal of Botany, 142, 34-41. DOI: 10.1016/j.sajb.2021.05.024
Rao, M. V., Paliyath, G. & Ormrod, D. P. (1996). Ultraviolet-B-and ozone-induced biochemical changes in antioxidant enzymes of Arabidopsis thalianaPlant Physiology, 110(1), 125-136. DOI: 10.1104/pp.110.1.125
Nasibi F., Manouchehri Kalantari K., & Rashidi Ravari M (2003). Investigation of physiological and morphological changes in some growth parameters of rapeseed seedlings under UV-A, UV-B and UV-C radiation bands. Pajouhesh & Sazandegi, 16(3), 97-103. (In Persian). https://ecc.isc.ac/showJournal/208/1834/18344
Rastegar, M., Mumivand, H., Shayganfar, A. & Rezaeinejad, A. (2021). The effect of ultraviolet radiation on growth, morphology and phenology of three cultivars of Centaurea cyanus. (In Persian). https://doi.org/10.22067/jhs.2021.61939.0
Rezaei, A., Eisa Beiglou, E. & Pashazadeh, M. (2015). Investigating the sedative and pre-anesthetic effects of polar, semi-polar and non-polar fractions of periwinkle (Vinca minor) extract compared to midazolam in rats. Comparative Pathobiology, 11(4), 1447-1452. (In Persian). https://sanad.iau.ir/Journal/jcp/Article/827442/FullText
Rezayi Far, Z., Fallahi, S. & Gholinezhad, E. (2018). The effect of drought stress and ultraviolet (UV-C) on enzymatic and non-enzymatic antioxidant defense system in three varieties of wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Plant Process and Function, 7(24), 155-170. (In Persian). DOI: 20.1001.1.23222727.1397.7.24.16.1
Sarghein, S. H., Carapetian, J. & Khara, J. (2011). The effects of UV radiation on some structural and ultrastructural parameters in pepper (Capsicum longum A. DC.). Turkish Journal of Biology, 35(1), 69-77. https://doi.org/10.3906/biy-0903-11
Scandalios, J. G. (1993). Oxygen stress and superoxide dismutases. Plant Physiology, 101(1), 7-12. DOI: 10.1104/pp.101.1.7
Searles, P. S., Flint, S. D. & Caldwell, M. M. (2001). A meta-analysis of plant field studies simulating stratospheric ozone depletion. Oecologia, 127, 1-10. DOI: 10.1007/s004420000592
Shayganfar, A., Azizi Arani, M. & Rasouli, M. (2019). Investigating the effect of different levels of ultraviolet radiation along with the application of antioxidant compounds on the physiological characteristics of Thymus daenensis. In Proceedings of the 11th Iranian Horticultural Science Congress, Urmia, Iran. (In Persian). https://civilica.com/doc/941147
Takshak, S. & Agrawal, S. B. (2014). Secondary metabolites and phenylpropanoid pathway enzymes as influenced under supplemental ultraviolet-B radiation in Withania somnifera Dunal, an indigenous medicinal plant. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 140, 332-343. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.08.011
Tezuka, T., Hotta, T. & Watanabe, I. (1993). Growth promotion of tomato and radish plants by solar UV radiation reaching the Earth's surface. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 19(1), 61-66. https://doi.org/10.1016/1011-1344(93)80094-P
Vas, A. & Gulyas, B. (2005). Eburnamine derivatives and the brain. Medicinal Research Reviews, 25(6), 737-757. DOI: 10.1002/med.20043
Vaziri, A. (2020). Applications of UV-B lighting to increase phenolic accumulation of Aloe vera L. plants. Journal of Plant Process and Function, 9(1), 411-421. (In Persian). https://jispp.iut.ac.ir/article-1-1127-en.pdf
Zhang, W. J. & Björn, L. O. (2009). The effect of ultraviolet radiation on the accumulation of medicinal compounds in plants. Fitoterapia, 80(4), 207-218. DOI: 10.1016/j.fitote.2009.02.006
Zhang, Y., Kaiser, E., Zhang, Y., Zou, J., Bian, Z., Yang, Q. & Li, T. (2020). UVA radiation promotes tomato growth through morphological adaptation leading to increased light interception. Environmental and Experimental Botany, 176, 104073. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2020.104073