عنوان

بررسی اثرات مورفولوژیک، بیوشیمیایی و هیستوشیمیایی ترکیب فنانترن و سرنوشت آن در گیاه ارزن معمولی

پ۲۵۳۵۸

per

بررسی اثرات مورفولوژیک، بیوشیمیایی و هیستوشیمیایی ترکیب فنانترن و سرنوشت آن در گیاه ارزن معمولی

سریه تاریقلی زاده

علوم طبیعی

۱۴۰۰

۱۸۳ص.

سی دی

دکتری

زیست شناسی علوم گیاهی گرايش سلولی و تکوین گیاهی

۱۴۰۰/۰۶/۲۷

ترکیبات آروماتیک چندحلقه¬ای (PAH¬ها)، گروه مهمی از آلاینده¬های آلی هستند که در نتیجه¬ی فعالیت¬های طبیعی و یا انسانی به محیط¬زیست آزاد می¬شوند. PAH¬ها به¬دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی نظیر آبگریزی و لیپوفیلی در محیط¬زیست پایدار هستند؛ در نتیجه نگرانی¬های فزآینده¬ای را درباره¬ی سرنوشت زیستی این ترکیبات به-وجود آورده¬اند. گیاهان به¬عنوان اولین حلقه¬ی زنجیره¬های غذایی بیشتر تحت تأثیر این ترکیبات قرار می¬گیرند و نقشی کلیدی در تصفیه¬ی این ترکیبات ایفا می¬کنند. گیاهان پاسخ¬های پیچیده¬ای را در مواجهه با PAH¬ها بروز می¬دهند و می¬توانند این مواد را جذب و انباشته نمایند و یا تغییر شکل دهند. سابقا، مطالعات زیادی درباره اثرات این مواد بر روی پاسخ¬های رشدی و فیزیولوژیک گیاهان شناخته¬شده¬ی زراعی صورت گرفته است؛ با وجود این همچنان سؤالات زیادی در رابطه با چگونگی جذب و انتقال، انباشتگی، تأثیرات هیستوشیمایی و همچنین متابولیسم و موقعیت¬یابی این ترکیبات در گیاهان وجود دارد. از این رو، هدف مطالعه¬ی حاضر بررسی اثرات مورفولوژیک، بیوشیمیایی، هیستوشیمایی و همچنین جذب، انتقال، انباشتگی و تغییرات احتمالی ترکیب فنانترن در گیاه ارزن معمولی (Panicum miliaceum L.)، به-عنوان یک گیاه زراعی مهم، می¬باشد. بدین منظور، بذور این گیاه در محیط هیدروپونیک در بستر پرلیت تحت غلظت¬های مختلف فنانترن (ppm 2000، 1500، 1000، 500 و 0) کشت داده شدند و سپس بررسی¬های موردنظر صورت گرفت. نتایج نشان داد که فقط غلظت¬های بالای 1500 و ppm 2000 از این ترکیب اثرات بازدارندگی بر روی جوانه¬زنی و نیز شاخص¬های رشدی گیاه ارزن معمولی دارند. در غلظت¬های ppm 500 و 1000 فنانترن، شاخص¬های رشدی در گیاه مذکور افزایش نشان دادند که احتمالا به¬دلیل مقاومت بالای دانه¬رست¬های این گیاه به فنانترن و یا فرآهمی زیستیِ کاهش¬یافته¬ی فنانترن برای این گیاه می¬باشد. فرآیندهای فتوسنتزی در گیاه ارزن معمولی توسط فنانترن مهار گردید. این موضوع با کاهش محتوای کلروفیل a، b و کلروفیل کل و نیز با افزایش نسبت کلروفیل a به b در تمام تیمارها مورد اثبات قرار گرفت. بر اساس نتایج به¬دست آمده از پژوهش حاضر، فعالیت تمام آنزیم¬های پاداکساینده¬ی مورد بررسی نظیر کاتالاز، پراکسیداز، سوپراکسیددیسموتاز و آسکوربات پراکسیداز افزایش یافت. در غلظت¬های بالاتر (ppm 2000 و 1500)، محتوای H2O2 علیرغم کاهش محتوای MDA افزایش یافت. علاوه بر این، فنانترن هیچ تأثیری بر محتوای فنل ریشه و فلاونوئید اندام¬های هوایی و همچنین محتوای پروتئین اندام¬های هوایی و ریشه (به جزء کاهش محتوای پروتئین اندام¬های هوایی در ppm 2000) نداشت. در مجموع، فنانترن باعث ایجاد تنش اکسیداتیو وابسته به غلظت شد، بدین معنی که تنها غلظت¬های بالاتر فنانترن باعث ایجاد تنش اکسیداتیو گردید. می¬توان چنین نتیجه گرفت که احتمالا فنانترن ترکیبی خیلی سمی برای ارزن معمولی نمی¬باشد، در واقع ممکن است سیستم پاداکسایندگی این گیاه به اندازه¬ی کافی قوی باشد که حتی انواع فعال اکسیژن تولید شده (ROS) در غلظت¬های بالاتر فنانترن را نیز از بین ببرد. بر اساس نتایج حاصل از بررسی جذب و توزیع ترکیب فنانترن در گیاه ارزن معمولی مشخص گردید که فنانترن به¬طور طبیعی در گیاه مذکور وجود دارد. غلظت آن در بافت¬های گیاهان و نیز در پرلیت¬های تحت تیمار غلظت¬های مختلف فنانترن در طول زمان کاهش یافت. همچنین غلظت فنانترن در اندام¬های هوایی گیاهان بیشتر از نمونه¬های ریشه بود. در طی روند پیرش، جذب فنانترن توسط ریشه کاهش یافت، ولی شاخص انتقال روند کلی افزایش را در بین تیمارها نشان داد. علاوه بر این، مقادیر شاخص انباشتگی اندام¬های هوایی (SCF) بیشتر از مقادیر محاسبه شده برای این شاخص در ریشه (RCF) بود و بیشترین مقادیر برای هر دو شاخص در تیمار ppm 500 از فنانترن بدست آمد. هر دو شاخص RCF و SCF به¬طور کلی با افزایش غلظت فنانترن پرلیت روندی کاهشی نشان دادند. این نتایج نشان می¬دهد که فنانترن تمایل به انتقال و متابولیسم در اندام¬های هوایی را دارد. در حضور گیاهان، غلظت فنانترن کاهش معنی¬داری در تمام سطوح تیمار در هر دو روز پانزدهم (%96-84) و سی¬ام (%94-76) نشان داد. بنابراین، حضور گیاه ارزن معمولی در بهبود پالایش پرلیت¬های آلوده به فنانترن مؤثر بود. همچنین با استفاده از آنالیز GC-MS ترکیبات حدواسط حاصل از تجزیه¬ی زیستی فنانترن توسط گیاه ارزن معمولی شناسایی و مسیرهای تجزیه¬ی گیاهی پیشنهاد شدند. بررسی صفات تشریحی گیاه ارزن معمولی با میکروسکوپ نوری نشان داد که تمام بافت¬های این گیاه تحت تأثیر تنش اعمال شده با فنانترن با تغییراتی همراه بودند. نتایج حاصل از مشاهدات میکروسکوپ فلوئورسنس نیز نشان از وجود تجمعات فنانترن در ریشه و اندام¬های هوایی بود که تراکم آنها با افزایش سطح تیمار فنانترن افزایش یافت. هیچ تجمعی در بافت¬های شاهد مشاهده نشد. در گذر زمان به مدت دو هفته، نه تنها مقدار تجمعات و انباشتگی ترکیب فنانترن نسبت به روز پانزدهم کاهش یافت، بلکه موقعیت این تجمعات و انباشتگی نیز تغییر کرد. بدین صورت که در روز پانزدهم تجمعات فنانترنی به¬طور گسترده در بخش استوانه¬ی آوندی در هر دو نمونه¬ی برگی و ریشه مشاهده گردید، ولی در روز سی¬ام تجمعات در نمونه¬های برگی تنها در منطقه¬ی استوانه¬ی آوندی ولی در نمونه¬های ریشه در سلول¬ها و فضاهای بین سلولی قرار داشتند.

Abstract Polycyclic aromatic compounds (PAHs) are an important group of organic pollutants that are released into the environment either through natural or anthropogenic activities. Since PAHs are environmentally persistent due to their physicochemical properties such as hydrophobicity and lipophilicity, they have raised growing concerns about their biological fate. In fact, plants, as the first link in the food chain and most affected by PAHs, are able to uptake, transport or transform these compounds and play a key role in their remediation. These compounds have been extensively studied for their effects on crop growth and physiological responses; however, there are still many questions about uptake and transfer, the physiological and histochemical effects as well as the metabolism and localization of these compounds in plants. For this purpose, the seeds of this plant were hydroponically planted under different concentrations (0, 500, 1000, 1500, and 2000 ppm) of phenanthrene (Phe) and then the studies were performed. The results revealed that after 30 day of cultivation, only 1500 and 2000 ppm of Phe had negative impacts on growth parameters. Also, only the highest concentration of Phe (2000 ppm) significantly retarded the germination rate (28 %) compared to control. Plants exposed to 500 and 1000 ppm of Phe showed an increase in the growth parameters without any symptoms of toxicity, probably indicating the high tolerance of seedlings to Phe or reduced bioavailability of Phe. Photosynthetic pigment contents were inhibited by Phe exposure proved by reduction in chlorophyll a, b, and total chlorophyll contents as well as an increase in chlorophyll a/b ratio. Based on the results of the present study, the activity of antioxidant enzymes (catalase, peroxidase, superoxide dismutase and ascorbate peroxidase) increased. At higher concentrations (2000 and 1500 ppm), H2O2 content increased despite a decrease in MDA content. Moreover, Phe had no effect on the phenol content of the root and flavonoids of the aerial parts, as well as the protein content of the aerial and root organs (except for the reduction in the protein content of the aerial parts at 2000 ppm). Overall, Phe caused concentration-dependent oxidative stress, meaning that only higher concentrations of Phe caused oxidative stress. In conclusion, Phe is likely not a very toxic compound to P. miliaceum, in fact, the antioxidant system of the plant is probably strong enough that even counteract reactive oxygen species production (ROS) in higher concentrations of Phe. The investigation of the uptake and distribution of this compound in P. miliaceum plant showed that Phe naturally existed in this plant and its concentration showed a time-dependent reduction in treated plant tissues as well as in perlites. Also, Phe concentration in shoots was higher than that in roots. During aging process, the uptake of Phe were diminished whereas TF demonstrated an overall increasing trend among treatments. Moreover, the SCF values were higher than those of RCF in both day 15 and 30 and the highest values for both parameters were achieved in 500 ppm of Phe. Both RCFs and SCFs generally tended to decrease with the increase of perlite Phe concentrations. These results suggested that Phe tended to transfer to the shoots and be metabolized there. In the presence of plants, the Phe concentration revealed a significant decline in all levels of treatment on both 15 (84 to 96%) and 30 (76 to 94%) days. Therefore, the presence of P. miliaceum was effective in promoting the phytoremediation of Phe polluted perlites. Accordingly, the intermediate compounds resulting from Phe biodegradation identified by gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS) analysis and phytodegradation pathway was proposed. Examination of the anatomical traits showed that all plant tissues were undergone changes associated with Phe stress. Observations using the fluorescence microscope revealed Phe accumulation in roots and shoots, the density of which increased with increasing Phe treatment levels. No accumulation was observed in control tissues. After aging for two weeks, the accumulation of Phe not only decreased in amount but changed in localization as well compared to day 15. Thus, on the day 15, Phe accumulations were largely observed in the vascular bundles in both root and shoot tissues, while on day 30, the accumulation of Phe were only found in the vascular bundles and in cells and intercellular spaces in shoot and root tissues, respectively.

Study of the morphological, biochemical and histochemical effects and fate of phenanthrene in Panicum miliaceum L.

‏ ‏تاریقلی زاده،

‏ ‏سریه

تهيه کننده

متفکرآزاد،

‏محجل کاظمی،

صالحی لیسار،

روح اله

‏الهام

‏ سید یحیی

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز