اثر پراکسیدهیدروژن و 24-اپی‌براسینواستروئید بر متابولیت‌های ثانویه و فیتوشیمیایی زیره سبز Cuminum cyminum L. تحت تنش خشکی
محورهای موضوعی : کشاورزی و اقلیم
نسیم رودباری
1
,
حسین عباسپور
2
1 - گروه زیست‌شناسی، واحد کهنوج، دانشگاه آزاد اسلامی، کهنوج، ایران
2 - گروه زیست‌شناسی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
کلید واژه: اپی براسينواستروئید, پراکسید هیدروژن, پروتئین, تنش خشکی, رنگیزه¬های فتوسنتزی, زیره سبز و فنول,
چکیده مقاله :
2 ترکیب سیگنالینگ پراکسید هیدروژن و ۲۴-اپی‌براسینولید به عنوان ترکیبات مؤثر در بهبود رشد و افزایش تحمل به تنش‌های محیطی در گیاهان شناخته می‌شوند. در مطالعه حاضر، تأثیر تنش خشکی و برهم‌کنش آن با این دو ترکیب بر شاخص‌های بیوشیمیایی شامل محتوای پروتئین، قندها، درصد اسانس و همچنین سطوح رنگیزه‌های فتوسنتزی کلروفیل a و b و رنگدانه‌های کمکی (کاروتنوئیدها، فنل‌ها و فلاونوئیدها) مورد ارزیابی قرار گرفت. این پژوهش در قالب یک طرح آزمایشی فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی مرکز مذکور انجام پذیرفت. عملیات کشت در گلدان‌های حاوی بستر خاک لومی رسی صورت گرفت. هفته پنجم جوانه‌زنی (شروع رشد زایشی)، گیاهان تحت تیمار تنش خشکی در سه سطح 100% ظرفیت زراعی (شاهد)، 75% (تنش ملایم) و 50 % ظرفیت زراعی (تنش شدید) قرار گرفتند. محلول‌پاشی گیاهان با 2 ترکیب پراکسید هیدروژن و 24- اپی براسینواستروئید با غلظت‌های (0، 5/0 و 1 میلیمولار) به‌طور متوالی در 2 مرحله، ابتدا سه روز قبل از اعمال تنش و مجدداً 15 روز بعد انجام شد. نتایج نشان داد اثرات اصلی تنش خشکی و محلول‌پاشی بر صفات مورد بررسی تأثیر معنی‌داری داشت بطوریکه با افزایش سطح تنش، درصد اسانس، قند محلول، کاروتنوئید، ترکیبات فنولی، فلاونوئیدها اندام هوایی افزایش و پروتئین اندام هوایی و کلروفیل کاهش یافت. با افزایش سطح پراکسید هیدروژن و 24- اپی براسینولید بر میزان پروتئین، کلروفیل a و b افزوده شد، به‌طوری‌که محلول‌پاشی 1 میلیمولار 24- اپی براسینولید صفت کلروفیل a را به بیشترین میزان خود (10/190- mg.mL) رساند. پاشش ۲۴-اپی‌براسینولید تحت شرایط تنش شدید، فلاونوئیدهای اندام هوایی را تا 8/1 میلیگرم برگرم وزن تر افزایش و درصد اسانس را 44/2 درصد کاهش داد. به‌طورکلی می‌توان گفت تنش خشکی، توان فتوسنتز و تولید گیاه را کاهش داد. پاشش پراکسید هیدروژن و ۲۴-اپی‌براسینولید توانست سیستم فتوسنتزی و مقاومت گیاه زیره به تنش را بهبود بخشد.
Two signaling materials, namely hydrogen peroxide and 24-epi brassinosteroids, have significant biological effects on plant growth, including increasing plant tolerance to environmental stresses. In the present study, the effect of drought stress and its interaction with H2O2 and 24-epibrassinolide on protein content, sugars, essential oil percentage, photosynthetic pigments (chlorophyll a, b), auxiliary pigments (carotenoids, phenols, and flavonoids) were investigated. For this purpose, an experiment was conducted based on a factorial design in a completely randomized design with three repetitions in the research greenhouse of the Agricultural Research, Education and Natural Resources Centre of Southern Kerman, and the plants under went drought stress treatment at three levels of irrigation 100% (control), 75% (mild stress) and 50% field capacity (severe stress) in the fifth week after germination (the beginning of reproductive growth), Which successively, in 2 stages, first three days before stress, and 15 days later, spraying hydrogen peroxide on the plants was applied at concentrations (0, 0.5 and 1 mM) and 24-epi brosinosteroids (0, 0.5 and 1 mM). With increasing levels of stress, essential oil percentage, sugar soluble, carotenoids, phenolic compounds, flavonoids, the shoot increased, and protein of aerial organ and chlorophyll decreased. The use of H2O2 and 24-epibrassinolide in drought stress conditions had a positive and significant effect on the tested traits. The levels of protein, chlorophyll a and b increased by concentrations of H2O2 and 24-epibrassinolide in the same levels of stress. As a result, by spraying 24-epibrassinolide at 1 mM, chlorophyll a reached its highest level (mL-190/10). Spraying 24-epibrassinolide under severe stress conditions increased flavonoids of the aerial organ by 1.58 (Observance g) and decreased essential oil percentage (2.44%). In general, it can be said that drought stress reduced the ability of photosynthesis and plant production. Spraying hydrogen peroxide and 24-epibrassinolide was able to improve the photosynthetic system and resistance of the cumin plant to stress.
References
1. Mohammed FS, Sevindik M, Uysal İ, Çesko C, Koraqi H. Chemical composition, biological activities, uses, nutritional and mineral contents of cumin (Cuminum cyminum). Measurement: Food. 2024; 14:100157.
2. Lotfollahi L, Torabi H, Omidi H. Salinity effect on proline, photosynthetic pigments and leaf relative water content in chamomile (Matricaria chamomilla L.) in hydroponic condition. Journal of Plant Production Research. 2015;22(1):89-103.
3. Abbas M, Nawaz S, Fatima A, Kamran M, Aslam F, Atif S, Younas F. Estimation of the water productivity of different varieties of wheat and rice in the context of agronomic, physiological and nutritional attributes. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2024;17(5):200-5.
4. Bakhshi S, Abbaspour H, Saeidisar S. Study of phytochemical changes, enzymatic and antioxidant activity of two halophyte plants: Salsola dendroides Pall and Limonium reniforme (Girard) Lincz in different seasons. Journal of Plant Environmental Physiology. 2018; 46:79–92. (In Persian)
5. Anjum SA, Ashraf U, Khan I, Saleem MF. Chromium toxicity induced alterations in growth, photosynthesis, gas exchange attributes and yield formation in maize. Pakistan Journal of Agricultural Sciences. 2016 ;53(4): 751-757.
6. Ramos-Fernández L, Gonzales-Quiquia M, Huanuqueño-Murillo J, Tito-Quispe D, Heros-Aguilar E, Flores del Pino L, Torres-Rua A. Water stress index and stomatal conductance under different irrigation regimes with thermal sensors in rice fields on the northern coast of Peru. Remote Sensing. 2024;16(5):796.
7. Liu Y, Gao Y, Qin Y, Yu J, Fan J, Ji X, Liu Y, Cao L, Xing G, Zhang C, Li S. Integrated physiological, transcriptomic, and metabolomic analyses reveal the stress response of cucumber seedlings under ozonated water stress. Plant Physiology and Biochemistry. 2025:110245.
8. Panozzo A, Bolla PK, Barion G, Botton A, Vamerali T. Phytohormonal regulation of abiotic stress tolerance, leaf senescence and yield response in field crops: a comprehensive review. BioTech. 2025;14(1):14.
9. Orrico F., Ana C. Lopez., Nicolás Silva., Mélanie Franco., Isabelle Mouro-Chanteloup d, Ana Denicola , Mariano A. Ostuni d, Leonor Thomson, Matias N. Möller . Hydrogen peroxide diffusion across the red 9blood cell membrane occurs mainly by simple diffusion through the lipid fraction. Free Radical Biology and Medicine. 2025; 226: 389-396.
10. Hung SH, Yu CW, Lin CH. Hydrogen peroxide function as a stress signal in plants. Botanical bulletin of Academia Sinica. 2011; 46:1–10.
11. Li JT, Qiu ZB, Zhang XW. Exogenous hydrogen peroxide can enhance tolerance of wheat seedlings to salt stress. Acta Physiologiae Plantarum.2011; 33:835–42.
12. Xiao-yi Y., MIAO Yu-qing., LÜ Wei., ZHANG Wen-qi., ZHANG Zhen-hua,and CHEN Hai-fei. Mechanism of hydrogen peroxide regulating cadmium tolerance and distribution in rice. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers. 2024; 30(4):677-688.
13. Qiao S, Feng Y, Yan J, Li K, Xu H. Overexpression of tomato SlTpx improves salt stress tolerance in transgenic tobacco plants by scavenging H2O2. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2022 ;151(2):321-33.
14. Bradford, M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 1976; 72, 248–254.
15. Lichtenthaler HK, Buschmann C. Chlorophylls and carotenoids: Measurement and characterization by UV‐VIS spectroscopy. Current protocols in food analytical chemistry. 2001;1(1): F4-3.
16. Chang C, Yang M, Wen H, Chern J, Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary colorimetric methods, Journal of Food and Drug Analysis 2002; 10: 178-182.
17. Younis M, Akram NA, Ashraf M, El-Sheikh MA, Khan ZU. Impact of ascorbic acid-rich phyto-extracts on growth, yield and physio-biochemistry of okra [Abelmoschus esculentus (L.) Moench.] subjected to drought stress. Journal of King Saud University-Science. 2024;36(6):103195.
18. Shahzad K, Hussain S, Arfan M, Hussain S, Waraich EA, Zamir S, Saddique M, Rauf A, Kamal KY, Hano C, El-Esawi MA. Exogenously applied gibberellic acid enhances growth and salinity stress tolerance of maize through modulating the morpho-physiological, biochemical and molecular attributes. Biomolecules. 20219;11(7):1005.
19. Abd El-Monem MI, Sharaf IF, Mahmoud R. Role of gibberellic acid in abolishing the detrimental effects of Cd and Pb on broad bean and lupin plants. Research journal of agriculture and biological sciences. 2009;5(5):668–73.
20. Nobakht P, Ebadi A, Parmoon G, Nickhah Bahrami R. Study role H2O2 in Photosynthetic pigments Peppermint (Mentha piperita L) on Water stress conditions. Journal of Plant Process and Function. 2019 ;7(27):19-30. (In Persian)
21. Eskandari M, Tadaiun S, Ebrahimi HR. Effect of 28-hemobrassinolid to reduce the effects of drought stress on the medicinal herb savory. Dissertation, University of Arsanjan; 2010.
22. Nikolova T, Todorova D, Vatchev T, Stoyanova Z, Lyubenova V, Taseva Y, Yanashkov I, Sergiev I. Dose-dependent effect of the polyamine spermine on wheat seed germination, mycelium growth of Fusarium seed-borne pathogens, and in vivo fusarium root and crown rot development. Agriculture. 2025;15(15):1695.
23. Badalzadeh A, Shahraki AD, Ghobadinia M. The effect of different levels of manure, urea and their combination on some drought resistance physiological traits of moldavian balm (Dracocephalum moldavica L.) under different irrigation regimes. Iranian Journal of Field Crops Research. 2022 ;19(4) : 343
24. Salimi F, Shekari F, Hamzei J. Methyl jasmonate improves salinity resistance in German chamomile (Matricaria chamomilla L.) by increasing activity of antioxidant enzymes. Acta Physiol Plant. 2016;38(1).
25. Debnath M, Ashwath N, Midmore DJ. Physiological and morphological responses to abiotic stresses in two cultivars of Stevia rebaudiana (Bert.) Bertoni. South African Journal of Botany. 2019; 123:124–32.
26. Kafashzade Z, Kalat SN, Abbasi MR, Darban AS. An Investigation into the efficacy of proline foliar application in ameliorating the deleterious effects of drought stress on different clover genotypes. Russian Journal of Plant Physiology. 2025;72(3):76.
27. Ahmadi Mousavi E, Manoukhehri Kalantari KH, Torkzadeh M. Effects of 24-epibrassinolide on lipid peroxidation, proline, sugar and photosynthesis pigments content of colza (Brassica napus L.) under water stress. Iranian Journal of Biotechnologyt. 2005;18(4):295–306. (In Persian)
