بررسی فعالیت آنزیم های آنتی‌اکسیدانی و شاخص های تنش اکسیداتیو گیاه اسفناج در رویشگاه های مختلف خوزستان
محورهای موضوعی : شیمی مواد غذاییالناز جعفری 1 , مریم کلاهی 2 * , رویا آزادی 3 * , الهام محجل کاظمی 4
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
2 - دانشیار گروه زیست شناسی، دانشکده علوم دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
3 - دانشیار گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
4 - دانشیار گروه علوم گیاهی، زیست سلولی و مولکولی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
کلید واژه: اسفناج, آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی, تنش اکسیداتیو, پراکسید هیدروژن, کاتالاز, سوپراکسید دیسموتاز.,
چکیده مقاله :
مقدمه: تنش اکسیداتیو یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر کیفیت و ترکیب بیوشیمیایی گیاهان است که تحت تأثیر شرایط محیطی متغیر قرار می‌گیرد. در مطالعه حاضر، فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و شاخص‌های تنش اکسیداتیو در نمونههای اسفناج (Spinacia oleracea) جمع‌آوری‌شده از رویشگاه‌های مختلف استان خوزستان بررسی شد.
مواد و روشها: نمونه‌ها از شهرهای حمیدیه، آبادان، رامهرمز، شوش، شادگان و دزفول جمع‌آوری شدند. فعالیت آنزیم‌های کاتالاز (CAT)، سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، گلوتاتیون پراکسیداز (GPX) و گلوتاتیون ردوکتاز (GR) اندازه‌گیری شد. همچنین، شاخص‌های تنش اکسیداتیو شامل هیدروژن پراکسید، پروتئین کربونیله، تیول کل و میزان پرولین مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافتهها: نتایج نشان داد، میزان H₂O₂ در نمونههای حمیدیه نسبت به شوش (1.86 µmol/g FW) به‌طور معناداری افزایش یافت. تجمع پرولین در نمونه_ی حمیدیه در مقایسه با دزفول (0.58 µmol/g FW) افزایش معناداری نشان داد. محتوای پروتئین کربونیله در نمونه رامهرمز بالاترین مقدار را در بین نمونههای بررسی شده نشان داد. بیشترین و کمترین فعالیت آنزیم CAT به ترتیب به نمونههای حمیدیه و دزفول تعلق داشت. فعالیت آنزیم SOD در نمونه حمیدیه نسبت به دزفول (1.54 ± 0.14 U/mg protein) به‌طور معنی‌داری افزایش یافت. تغییرات قابل‌توجهی در فعالیت GPX و GR، و همچنین محتوای GSH و GSSG مشاهده گردید که بیانگر نقش این آنزیمها در پاسخ به شرایط محیطی است.
نتیجهگیری: نتایج این مطالعه نشان داد، شرایط محیطی و جغرافیایی متفاوت، بر تولید و تجمع ترکیبات فیتوشیمیایی در اسفناجهای کشت شده در مناطق مختلف نقش دارد. به نظر میرسد این تفاوتهای محیطی با تعدیل مکانیسمهای دفاعی گیاه، نقش مهمی در افزایش تحمل گیاهان در برابر تنش اکسیداتیو ایفا میکند. یافتهها حاکی از آن است، تنوع شرایط اقلیمی در استان خوزستان تأثیر چشمگیری بر سیستم دفاعی آنتی‌اکسیدانی اسفناج دارد. این اطلاعات می‌تواند در شناسایی مناطق مستعد جهت کشت بهینه و بهبود کیفیت این گیاه موثر واقع شود.
Introduction: Environmental stresses such as salinity and temperature fluctuations significantly impact plant metabolism. This study aimed to evaluate the activity of antioxidant enzymes and oxidative stress markers in spinach (Spinacia oleracea) collected from various habitats in Khuzestan Province, Iran.
Materials and Methods: Samples were collected from Hamidiyeh, Abadan, Ramhormoz, Shoosh, Shadegan, and Dezful. The enzymatic activities of catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPX), and glutathione reductase (GR) were measured. Additionally, oxidative stress indicators, including hydrogen peroxide, carbonylated protein content, total thiol levels, and proline content, were evaluated.
Results: The findings demonstrated that H₂O₂ levels significantly increased in the Hamidiyeh samples compared to Shoosh (1.86 µmol/g FW). Proline accumulation in Hamidiyeh samples was higher than in Dezful (0.58 µmol/g FW), indicating osmotic adaptation. The highest carbonylated protein content was observed in Ramhormoz samples. The highest and lowest CAT enzyme activities were recorded in Hamidiyeh and Dezful samples, respectively. SOD activity in Hamidiyeh samples showed a significant increase compared to Dezful (1.54 ± 0.14 U/mg protein). Significant variations in GPX and GR activities, as well as GSH and GSSG levels, were observed, highlighting the role of these enzymes in the plant's response to environmental conditions. Furthermore, ABTS radical scavenging activity increased by 56%, which correlated with the enhanced activity of antioxidant enzymes.
Conclusion: This study revealed that environmental and geographical conditions influence the production and accumulation of phytochemical compounds in spinach grown in different regions. It appears that varying environmental factors modulate plant defense mechanisms, thereby enhancing plant tolerance to oxidative stress. The present study demonstrated that the diverse environmental conditions in Khuzestan significantly impact the antioxidant defense system of spinach. This information can be utilized for selecting suitable cultivation areas and optimizing the quality of this valuable plant.
Alisik, M., Neselioglu, S., Erel, O., 2019. A colorimetric method to measure oxidized, reduced and total glutathione levels in erythrocytes. Journal of Laboratory Medicine 43, 269–277. https://doi.org/10.1515/labmed-2019-0098
Bakalova, S., Nikolova, A., Nedeva, D., 2004. Isoenzyme profiles of peroxidase, catalase and superoxide dismutase as affected by dehydration stress and ABA during germination of wheat seeds. Journal of plant physiology 30, 64–77.
Beauchamp, C., Fridovich, I., 1971. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical biochemistry 44, 276–287.
Cuypers, A., Plusquin, M., Remans, T., Jozefczak, M., Keunen, E., Gielen, H., Opdenakker, K., Nair, A.R., Munters, E., Artois, T.J., Nawrot, T., Vangronsveld, J., Smeets, K., 2010. Cadmium stress: an oxidative challenge. Biometals 23, 927–940. https://doi.org/10.1007/s10534-010-9329-x
Dar, M.I., Naikoo, M.I., Rehman, F., Naushin, F., Khan, F.A., 2016. Proline Accumulation in Plants: Roles in Stress Tolerance and Plant Development, in: Iqbal, N., Nazar, R., A. Khan, N. (Eds.), Osmolytes and Plants Acclimation to Changing Environment: Emerging Omics Technologies. Springer India, New Delhi, pp. 155–166. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2616-1_9
Dhanapackiam, S., Muhammad Ilyas, M.H., 2010. Leaf area and ion contents of Sesbania grandiflora under NaCl and Na2SO4 salinity. Indian Journal of Science and Technology 3, 561–563.
FAO STAT, 2018. Global agro-ecological assessment for agriculture in 21st century. Land water digital media series 21 21.
Foyer, C.H., Noctor, G., 2011. Ascorbate and glutathione: the heart of the redox hub. Plant physiology 155, 2–18.
Gill, S.S., Hasanuzzaman, M., Nahar, K., Macovei, A., Tuteja, N., 2013. Importance of nitric oxide in cadmium stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry 63, 254–261.
Hamed, H.A., Mahmoud, G.A.-E., Abeed, A.H.A., 2025. Unraveling growth and metabolic dynamics in drought-stressed spinach plants: Exploring the contribution of biological gibberellin. Scientia Horticulturae 340, 113924. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113924
Hao, P.M., Quoc, L.P.T., Thu, P.N.M., Dao, N.T.T., Vy, L.B., 2024. A comprehensive review of Moringa oleifera Lam.: A valuable plant in food and medicine. International Journal of Agricultural Technology 20, 1899–1916.
Hu, M.-L., 1994. [41] Measurement of protein thiol groups and glutathione in plasma, in: Methods in Enzymology. Elsevier, pp. 380–385.
Jahanbazi, H., Hosseini Nasr, S.M., Saghebtalebi, K., Hojjati, S.M., 2015. Effect of salinity on growth factors, proline, pigments and absoption of elements in shoot of four wild Almond. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology) 27, 777–787.
Levine, R.L., Garland, D., Oliver, C.N., Amici, A., Climent, I., Lenz, A.-G., Ahn, B.-W., Shaltiel, S., Stadtman, E.R., 1990. [49] Determination of carbonyl content in oxidatively modified proteins, in: Methods in Enzymology. Elsevier, pp. 464–478.
Lin, T., Haider, F.U., Liu, T., Li, S., Zhang, P., Zhao, C., Li, X., 2025. Salt Tolerance Induced by Plant Growth-Promoting Rhizobacteria Is Associated with Modulations of the Photosynthetic Characteristics, Antioxidant System, and Rhizosphere Microbial Diversity in Soybean (Glycine max (L.) Merr.). Agronomy 15, 341.
Ma, H., Guo, J., Lu, S., Zhang, L., Chen, S., Lin, J., Zheng, T., Zhuang, F., Li, H., Zhong, M., 2025. Overexpression of Suaeda salsa SsDHN Gene Enhances Salt Resistance in Tobacco by Improving Photosynthetic Characteristics and Antioxidant Activity. Int. J. Mol. Sci 26, 1185.
Mademba-Sy, F., Bouchereau, A., Larher, F.R., 2003. Proline accumulation in cultivated citrus and its relationship with salt tolerance. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology 78, 617–623. https://doi.org/10.1080/14620316.2003.11511673
Mahajan, S., Tuteja, N., 2005. Cold, salinity and drought stresses: An overview. Archives of Biochemistry and Biophysics 444, 139–158. https://doi.org/10.1016/j.abb.2005.10.018
Marcos-López, M., Espinosa, C.R., Rodger, H.D., O’connor, I., MacCarthy, E., Esteban, M.A., 2018. Oxidative stress is associated with late-stage amoebic gill disease in farmed Atlantic salmon (Salmo salar L.). J. Fish Dis 41, 383–387.
Mehralizade, Z., Soorni, A., Meratian Esfahani, S., 2024. Regulatory Network of Spinach Under Salt Stress: An Integrated Study of Long Non-coding RNAs and mRNAs. Journal of Plant Growth Regulation 1–17. https://doi.org/10.1007/s00344-024-11546-x
Mittler, R., 2017. ROS Are Good. Trends in Plant Science 22, 11–19. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.08.002
Mohammadi Bazargani, M., 2018. Comparative analyses of phytochemical compounds of Epilobium minutiflorum (Onagraceae) at different altitudest altitudes. 2018; 5 (4) :466-478. nbr 5, 466–478.
Monschein, M., Jaindl, K., Buzimkić, S., Bucar, F., 2015. Content of phenolic compounds in wild populations of Epilobium angustifolium growing at different altitudes. Pharmaceutical Biology 53, 1576–1582. https://doi.org/10.3109/13880209.2014.993039
Parida, A.K., Das, A.B., 2005. Salt tolerance and salinity effects on plants: a review. Ecotoxicology and environmental safety 60, 324–349.
Rajmane, N.N., Gaikwad, D.K., 2015. Effect of NaCl Salinity on Some Aspects of Nitrogen Metabolism of Simarouba glauca DC. Seedlings 2, 290–293.
Re, R., Pellegrini, N., Proteggente, A., Pannala, A., Yang, M., Rice-Evans, C., 1999. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free radical biology and medicine 26, 1231–1237.
Sergiev, I., Alexieva, V., Karanov, E., 1997. Effect of spermine, atrazine and combination between them on some endogenous protective systems and stress markers in plants. Compt Rend Acad Bulg Sci 51, 121–124.
Sgherri, C.L.M., Loggini, B., Puliga, S., Navari-Izzo, F., 1994. Antioxidant system in Sporobolus stapfianus: changes in response to desiccation and rehydration. Phytochemistry 35, 561–565.
Thakur, M., Sharma, A.D., 2005. Salt-stress-induced proline accumulation in germinating embryos: Evidence suggesting a role of proline in seed germination. Journal of Arid Environments 62, 517–523.
Tóth, B.H., Blazics, B., Kéry, Á. 2009. Polyphenol composition and antioxidant capacity of Epilobium species. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis 49, 26–31.
Yadav, N.K., Patel, A.B., Priyadarshi, H., Baidya, S., 2025. Salinity stress-induced impacts on biomass production, bioactive compounds, antioxidant activities and oxidative stress in watermeal (Wolffia globosa). Discov Appl Sci 7, 106. https://doi.org/10.1007/s42452-024-06426-8