تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : طهماسب آسمانه

دانشكده : علوم

استاد راهنما : دکتر سيد مجيد قادريان- دکتر آلن بکر

تاريخ دفاع : 27/6/85

رشته و گرايش : زيست شناسي-فيزيولوژي گياهي

استاد مشاور : -

اکوفيزيولوژي گياه Cleome heratensis Bunge et Bien. Ex Boiss.؛ گونه بومي سرپنتين ايران

چكيده

پوشش گياهي خاک هاي سرپنتيني (فرابازي) اغلب شامل گونه هاي گياهي بومي بوده که با تنش هاي متعدد موجود در اين خاک ها سازش يافته اند. اين تنش ها شامل غلظت هاي بالاي برخي فلزات سنگين از قبيل نيکل، کروم، کبالت و منگنز، نسبت هاي نامطلوب کلسيم به منيزيم، کمبود بعضي از عناصر ضروري (مانند ازت و فسفر) و ظر فيت پائين نگهداري آب مي باشند. سنگ ها و خاک هاي فرابازي نواحي نسبتا وسيعي از ايران را شامل مي شوند اما جنبه هاي زيستي مرتبط با آنها هنوز به طور جدي شناخته نشده است. Cleome heratensis، گونه گياهي بومي سرپنتين ايران است که به نظر مي رسد با تنش هاي موجود در خاک هاي محل رويش خود، به خوبي سازش يافته باشد. در اين پژوهش، سازش هاي اکوفيزيولوژيکي گياه مزبور با برخي از تنش هاي مورد اشاره در بالا بررسي گرديد. مقادير عناصر موجود در نمونه هاي گياهي جمع آوري شده از عرصه و همچنين در خاک ها ي سرپنتين مربوطه، با استفاده از طيف بيني جذب اتمي تجزيه و تحليل گرديد. غلظت کل عناصر نيكل، كروم، کبالت، آهن، منگنز و منيزيم در اين خاک ها بسيار بالا است ولي غلظت کلسيم و نسبت کلسيم به منيزيم بسيار پائين است. غلظت نيکل، کروم وکبالت در نمونه هاي برگي نيز کمتر از 100 ميکروگرم در گرم وزن خشک برگ مي باشد. بنابراين اين گونه در زمره گياهان بيش تجمع دهنده فلزات سنگين نمي باشد. از آنجائيکه بذرهاي گياه به سادگي جوانه نزده و نوعي خفتگي بذر را نشان دادند، اثر تيمار هاي مختلف شکستن خواب بذر نيز مورد پژوهش قرار گرفت. نتايج نشان داد که پيش سرمادهي و تيمار با جيبرليک اسيد، تيمارهاي موثر شکستن خواب بذر اين گياه مي باشند. در بخش بعدي پژوهش، جوانه زني بذرهاي اين گياه در حضور غلظت هاي مختلف نيکل (0 تا100 ميلي گرم در ليتر) مورد بررسي قرار گرفت. بررسي و مقايسه نتايج نشان داد که توانائي جوانه زني گياه C. heratensis در حضور غلظت هاي بالاي نيکل، بسيار بيشتر از جوانه زني بذرهاي گونه غير سرپنتين C. foliolosa حفظ شده است و بنابراين نشان دهنده مقاومت بالاي اين گونه در برابر نيکل مي باشد. در بخش بعدي اين تحقيق، پاسخ هاي گونه مزبور به غلظت هاي متغير کلسيم و يا منيزيم در شرايط کشت هيدروپونيک مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل نشان داد که مقاومت گونه C. heratensis در پاسخ به غلظت هاي بالاي منيزيم (4-10 ميلي مولار) بسيار بيشتر از گونه غير سرپنتين است. همچنين اين گياه براي رشد بهينه، به منيزيم بيشتري نياز دارد. بيشترين غلظت منيزيم در ريشه گياه C. heratensis مشاهده شد که احتمالا در کاهش اثرات سمي ناشي از نيکل در بستر طبيعي اين گياه موثر مي باشد. بعلاوه، مقاومت بالاتر اين گونه در برابر تنش کمبود کلسيم در محلول هاي غذائي، مي تواند ناشي از توانائي بيشتر اين گياه براي جذب کلسيم در چنين شرايطي باشد. بنابراين به نظر مي رسد که مقاومت متفاوت گونه هاي سرپنتين و غير سرپنتين در پاسخ به تيمارهاي منيزيم وکلسيم، با مقادير اين عناصر در بافت هاي آنها مرتبط بوده که به نوبه خود ناشي از تفاوت در مکانيسم هاي جذب و تجمع اين عناصر در اين گياهان مي باشد. مقاومت بالاتر گونه هاي سرپنتين نسبت به گونه هاي غير سرپنتين در پاسخ به غلظت هاي بالاي منيزيم و پائين کلسيم را، مي توان با در نظر گرفتن تفاوت فعاليت کانال هاي غير انتخابي کاتيوني و آنتي پورتر تونوپلاستي کلسيم آنها توجيه نمود. در بخش ديگري از اين پژوهش، پاسخ هاي رشد و مقاومت گونه C. heratensis به نيکل در مقايسه با گونه هاي غير سرپنتين و بيش تجمع دهنده نيکل (Alyssum spp ) در شرايط کشت هيدروپونيک بررسي شد. همزمان با افزايش غلظت نيکل از 1 تا 100 ميکرو مولار، توليد بيوماس در گياه C. heratensis فقط به مقدار کمي کاهش يافت. درحاليکه در جمعيت غير سرپنتين نشانه هاي سميت با نيکل، در تيمار10 ميکرومولار وبالاتر نيکل بروز کرد و بيوماس ان 10 تا 90 درصد کاهش پيدا کرد. به طور کلي نتايج حاکي از مقاومت بالاتر گونه سرپنتين در قياس با غير سرپنتين در پاسخ به تنش نيکل است. آناليز مقادير عناصر در بافت هاي گياهي نشان داد که گياه C. heratensis از راهبرد پرهيز براي مقاومت در برابر مقادير کم نيکل و از هر دو راهبرد پرهيز و بردباري در برابر تنش مقادير بالاي نيکل استفاده مي کند. جهت پي بردن به مکانيسم هاي مقاومت به نيکل، کده بندي سلولي و درون سلولي نيکل با استفاده از تلفيقي از تکنيک ميکرو آناليز اشعه ي X و ميکروسکوپ الکتروني مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل حاکي از تجمع ترجيحي نيکل در سيتوسل و ديواره هاي سلولي اپيدرم (و نه در مزوفيل) برگ گونه ي C. heratensis مي باشد. اين الگوي توزيع نيکل به وضوح در گياهان بيش تجمع دهنده نيکل نيز مشاهده گرديد. در گياه غير سرپنتين عکس نتايج فوق بدست آمد. بنابراين تا بدين جا مي توان نتيجه گيري کرد که کده بندي سلولي ودرون سلولي نيکل مکانيسمي است که اين گياه براي مقاومت به نيکل به کار مي برد. به منظور تعيين ليگاند هاي آلي که احتمالا در سميت زدائي نيکل موثر مي باشند, تغيير در مقادير اسيد هاي آلي و آمينواسيدهاي آزاد در پاسخ به تيمارهاي نيکل نيز بررسي گرديد. 60 روز پس از تيمار گياهان با نيکل ، متابوليت هاي موجود در بافت هاي برگي آنه استخراج گرديد. سپس اين متابوليت ها با استفاده از کروماتوگرافي گازي- طيف سنجي جرمي (GC-MS) مورد بررسي قرار گرفت. افزايش مقادير برخي از آمينواسيد ها از قبيل: هيستيدين، پرولين، گلوتامين، گليسين، والين و آسپاراژين و اسيد هاي آلي از قبيل سيترات، مالات و فومارات در برگ هاي گونه C. heratensis در پاسخ به تيمار با مقادير بالاي نيکل مشاهده گرديد. در صورتيکه چنين تغييري در گياه غير سرپنتين مشاهده نشد. بنابراين به نظر مي رسد افزايش مقادير اين متابوليت ها در کي ليت کردن نيکل و سميت زدائي آن و در نتيجه در مقاومت اين گياه به نيکل تاثير بسزائي داشته باشد. به طور کلي نتايج نشان داد که پرهيز، کده بندي سلولي و درون سلولي و ايجاد کمپلکس با ليگاندهاي آلي از جمله مکانيسم هائي هستند که گونه گياهي C. heratensis جهت مقاومت به نيکل بکار مي گيرد. پژوهش هاي بعدي بايد انجام گردد تا مکانيسم هاي مولکولي مقاومت به تنش فلزات سنگين، نسبت هاي نامناسب کلسيم به منيزيم و ساير تنش هاي سرپنتين در اين گياه مشخص شود.