مقدمه

نیکل یکی از عناصر ساختمانی در تعدادي از آنزیمها از جمله اورهآز، گلیاکسالاز، پپتیددفرمیلاز و تعدادي از سوپراکسید دیسموتازها و هیدروژنازها است ( Chen et .(al., 2009 با افزایش فعالیتهاي انسانی مانند حفاري معادن، سوزاندن سوختهاي فسیلی، افزایش فاضلابها و مصرف آنها در کشاورزي، غلظت فلزات سنگین ازجمله نیکل در خاكها چندین برابر افزایش یافته است .(Kabata-Pendias, 2001) گیاهان میتوانند نیکل را در بافتهاي رویشی و دانههاي خود انباشته کنند و به منزله منبع نیکل براي مصرفکنندگان در زنجیرههاي غذایی عمل کنند .(Rahman et al., 2001) نیکل در غلات باعث ایجاد کلروزیس و نکروزیس به شکل نوارهاي سفیدي در

برگها میشود .(Seregin, 2008; Molas, 2002)

نیکل اضافی ممکن است باعث اختلال در زنجیر انتقال الکترون فتوسنتزي شود و از تثبیت CO2 و تبادل روزنهاي جلوگیري کند .(Chen et al., 2009) درگیاهانی که تحت تنش نیکل هستند، جذب عناصر معدنی، نمو ریشه، متابولیسم سلولی، فتوسنتز و تنفس بهشدت مختل میشود .(Liamas et al., 2008) هدف از این بررسی مطالعه تأثیر نیکل بر رشد، میزان رنگیزههاي فتوسنتزي و واکنش هیل در دانه رستهاي ذرت بوده است.

مواد و روشها

کشت گیاهان

دانههاي ذرت (Zea mays) بعد از ضدعفونی در هیپوکلریت سدیم ۱۰درصد به مدت ۱۵ دقیقه و پس از آبکشی با آب مقطر، به ظروف پتري ۲۰ سانتیمتر به تعداد ۱۰ بذر در هر پتري روي کاغذ صافی منتقل و در دماي ۲۵ درجه سانتیگراد نگهداري شدند. سهروز بعد از جوانهزنی، دانهرستها به بشرهاي ۶۰۰ میلیلیتري حاوي ۵۰۰ میلیلیتر محلول غذایی نیمقدرت هوگلند منتقل شدند. دو روز بعد، محلول غذایی تمامقدرت حاوي غلظتهاي صفر، ۵۰، ۱۰۰

و ۲۰۰ میکرومولار نیکل بهشکل کلرید نیکل اعمال شد. pH محلولها در ۵/۸ تنظیم و محلولها هر سهروز یکبار تعویض شدند. آزمایش درقالب طرحکاملاً تصادفی اجرا و هر تیمار سهبار تکرار شد. ۱۵ روز بعد از تیمار، دانهرستها برداشت و وزن تر، وزن خشک و طول ریشه و اندام هوایی اندازهگیري شد. براي اندازهگیري واکنش هیل و میزان رنگیزههاي فتوسنتزي، از بافت تر برگ سوم استفاده شد.

اندازهگیري میزان رنگیزهها

میزان کلروفیلهاي a و b با روش Lichtenthaler and (1983) Wellburn اندازهگیري شد. یک گرم از بافت تر برگ توزین و با ۵۰ میلیلیتر استون ۱۰۰درصد له شد. بعد از صافکردن، عصاره به مدت ۱۰ دقیقه در ۲۵۰۰ rpm سانتریفیوژ شد. براي تعیین میزان کلروفیلهاي a و b میزان جذب آنها بوسیله دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موجهاي ۶۶۳ و ۶۴۵ نانومتر و براي تعیین میزان کاروتنوئیدها در طول موج ۴۷۰ نانومتر اندازهگیري شد. براي محاسبه مقادیر کلروفیلهاي a و b و کاروتنوئید از فرمول زیر استفاده شد:

Chla (chlorophyll a)= (11.75 A663 – ۲٫۳۵۰ A645)

Chlb (chlorophyll b)= (18.61 A645 – ۳٫۹۶۰ A663)

Carotinoids content: Cx+c = [1000A470 – ۲٫۲۷۰ Chla – ۸۱٫۴ Chlb]/ 227

اندازهگیري واکنش هیل

براي اندازهگیري واکنش هیل از روش Bregman (1990) استفاده بهعمل آمد. یک گرم از برگهاي تازه با ۳ میلیلیتر بافر (شامل: Na2HPO4، KH2PO4 و به ازاي هر ۱۰۰ میلیلیتر بافر، ۶ گرم ساکارز و ۰/۰۱ گرم کلرید پتاسیم) سرد له شد. مواد هموژنیزه شدند و از یک تنظیف چهار عبور داده شدند. فیلترات حاصل بهمدت ۲ دقیقه با ۱۲۰۰۰ rpm سانتریفوژ شد و محلول رویی دور ریخته شد.

یافتههاي نوین در علوم زیستی، جلد ۳/ ۳ Nova Biologica Reperta 1: 1-7 (2015) 1-7 :1

۳ میلیلیتر بافر فسفات (pH= 7) سرد روي رسوب افزوده شد و بهکمک قلممو کلروپلاستها به حالت تعلیق درآمد. براي انجام واکنش هیل، به ۰/۵ میلی لیتر از تعلیق کلروپلاستها، ۲ میلیلیتر بافر فسفات و ۰/۲ میلیلیتر محلول رنگی ديکلروفنل ایندوفنل افزوده شد. بلافاصله جذب آن در ۵۵۰ نانومتر اندازهگیري شد، سپس لوله از دستگاه اسپکتروفتومتر خارج شد و بهمدت ۲۰ ثانیه مقابل لامپ ۱۵۰ واتی قرار گرفت و بعد از این مدت دوباره جذب آن اندازهگیري شد. این عمل تا ۱۰ دقیقه تکرار شد تا میزان نور عبوري (T) عدد ثابتی را نشان دهد. در شاهد مقدار T، ۱۰۰درصد در نظر گرفته شد و میزان T در تیمارها به صورت درصد نسبت به شاهد مقایسه شد.

درتمام آزمایشها از طرح آماريکاملاً تصادفی استفاده شد. تجزیه وتحلیل دادهها با ANOVA با استفاده از نرمافزار SPSS، مقایسه میانگینها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال %۵ و رسم نمودارها با نرمافزار EXCEL 2007 صورت گرفت و از خطاي معیار (SE) براي مقایسه میانگین تیمارها استفاده شد.

نتایج

تأثیر سمیت نیکل بر رشد

با توجه به شکل ۱a، با افزایش غلظت نیکل از طول ریشه و اندام هوایی کاسته شد، ولی رشد ریشه در مقایسه با اندام هوایی بسیار حساستر بود. نتایج حاصل از بررسی وزن تر و خشک نیز این موضوع را تصدیق میکردند (شکلهاي .(۱b,c با توجه به شکلهاي ۱a، با افزایش غلظت نیکل تا ۲۰۰ میکرومولار، از طول ریشه و اندام هوایی کاسته شد؛ البته تفاوت معنیداري در طول اندام هوایی تحت تیمار ۱۰۰ و ۲۰۰ میکرومولار کلرور نیکل مشاهده نشد. با توجه به شکلهاي ۱b,c، با افزایش غلظت نیکل تا ۵۰ میکرومولار، وزن تر و خشک ریشه و اندام هوایی افزایش یافت، ولی وزن خشک از غلظتهاي بالاتر از ۱۰۰ میکرومولار و وزن تر از غلظت هاي بالاتر از ۲۰۰ میکرومولار کاهش یافت. وزن تر گیاه کمتر از وزن خشک تحت تأثیر غلظتهاي بالاي نیکل قرار گرفت.

شکل -۱ اثر غلظتهاي مختلف نیکل بر طول (a)، وزن تر (b) و وزن خشک ریشه و اندام هوایی (c) در دانهرستهاي ذرت. بارهاي عمودي نشاندهندة میانگین سه تکرار  خطاي معیار است. حروف انگلیسی مشابه مبین عدم اختلاف آماري معنیدار در حد p <0/05 است.

Fig. 1. Effects of different concentrations of nickel on: (a) length, (b) fresh weight and (c) dry weight in shoot

and roots of Zea mays seedings. Values with the same letter are not significantly different at p<0.05.

یافتههاي نوین در علوم زیستی، جلد ۴/ ۴ Nova Biologica Reperta 1: 1-7 (2015) 1- 7 :1

تأثیر سمیت نیکل بر میزان رنگیزههاي فتوسنتزي درمقابل، افزایش غلظتهاي نیکل تغییر معنیداري در میزان
با توجه به شکل ۲، با افزایش نیکل تا ۵۰ میکرومولار، میزان کلروفیل b و کاروتنوئیدها ایجاد نکرد.
کلروفیل a افزایش یافت، ولی در غلظتهاي بالاتر از ۲۰۰
میکرومولار نیکل، از میزان آن کاسته شد.

شکل -۲ اثر غلظتهاي مختلف نیکل بر میزان رنگیزههاي فتوسنتزي در دانهرست هاي ذرت. بارهاي عمودي نشاندهندة میانگین سه تکرار  خطاي معیار است. حروف انگلیسی مشابه مبین عدم اختلاف آماري معنیدار در حد p <0/05 می باشد.

Fig. 2. Effects of different concentrations of nickel on photosynthetic pigments in Zea mays seedlings. Values

with the same letter are not significantly different at p< 0.05.

تأثیر سمیت نیکل بر واکنش هیل

توانایی کلروفیل a در مرکز واکنشی PSII براي شکافت آب و آزادسازي اکسیژن در این فرایند بررسی شد. Robert Hill در سال ۱۹۳۷ نشان داد که کلروپلاستهاي جداشده میتوانند در غیاب CO2 اکسیژن آزاد کنند .(Bregman, 1990) مواد رنگی مختلفی را میتوان به منزله پذیرندة مصنوعی الکترون ]مانند ديکلروفنل ایندوفنل آبیرنگ [(A) بهکار برد تا واکنش کلی که به واکنش هیل معروف است به شکل زیر صورت پذیرد:

H2 O + A –> AH2 + ½ O2 (بیرنگ)

با توجه به شکل ۳، در گیاهان تحت تنش، با افزایش غلظت نیکل از سرعت واکنش هیل نسبت به گیاهان شاهد

(صفر میکرومولار کلرور نیکل) کاسته شد، بهطوريکه در غلظت ۲۰۰ میکرومولار تاحدود ۵۰ درصد نسبت به شاهد کاهش یافت.

بحث

نیکل یکی از عناصر غذایی کممصرف و ضروري براي گیاهان قلمداد میشود، اما زیادي آن سبب تغییر برخی فرآیندهاي فیزیولوژیکی و درنتیجه بروز علائم سمیت، مانند کاهش رشد، کلروزیس و نکروزیس در گیاهان میشود .(Chen et al., 2009) کاهش بیوماس تحت تأثیر غلظتهاي بالاي نیکل در گونه هاي گیاهی دیگري نظیر کلم، گندم و جاتروفا نیز گزارش شده است (Yan et al.,

۲۰۰۸; Gajewska et al., 2006; Pandey & .Sharma, 2002)

یافتههاي نوین در علوم زیستی، جلد Nova Biologica Reperta 1: 1-7 (2015) 1-7 :1
۵/۵

شکل -۳ تأثیر سمیت نیکل بر واکنش هیل در دانهرستهاي ذرت. بارهاي عمودي نشاندهندة میانگین سه تکرار  خطاي معیار است. حروف انگلیسی نامشابه مبین عدم اختلاف آماري معنیدار در حد p <0/05 میباشد.