SUPERVISOR
Amirhossein Khoshgoftarmanesh,Seyed ali mohammad MirmohammadyMaibody,Hossein Shariatmadari
امیرحسین خوش گفتارمنش (استاد راهنما) سیدعلی محمد میرمحمدی میبدی (استاد مشاور) حسین شریعتمداری (استاد راهنما)
STUDENT
Farzaneh Motallebi
فرزانه مطلبی کربکندی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Effect of Cold Stress on Zinc Uptake and Activity of ATPase Proton Pump of Wheat Root Cell Membrane
Any deviation from the optimal conditions for the living organisms means stress. Low temperature is one of the major stresses that negatively affects the potential production of agricultural crops. Cell membrane is the first live part of the cell that is exposed to the environmental stresses. The response of plants to low temperatures depends on the duration and the intensity of the stress. To cope with adverse environmental conditions, plants set up special molecular mechanisms. Since adsorption of water and nutrients are the root’s function, so the root adaptation process is very important in response to low temperatures. Increasing activity of plasma membrane ATPase proton pump after cold adaptation is a mechanism that plants use against damages caused by low temperature stress. Improvement of mineral nutritional status of plants is essential for their survival and high yield under conditions of environmental stresses. Zinc is one of the elements that play a very important role in protecting plants against low temperature stress. One of the functions of zinc in the cell is maintaining the integrity and permeation control of the biological membranes. Although zinc sulfate is the most common source of zinc for plants, in recent years, the use of natural organic chelates, including zinc-amino acid complexes, has been welcomed by farmers. In this research, the effect of chilling stress (4 ° C for 6 hours and 18 hours) and freezing stress (-4 ° C for 6 hours) on zinc uptake mechanisms and activity of ATPase proton pump in two wheat cultivars under zinc deficiency and the effect of zinc and presence of lysine on the stress responses of the two wheat cultivars were investigated. The experiments were conducted in a completely randomized design with a factorial arrangement with three replications. The results showed that the duration and intensity of the low temperature stress affected, differently, the ATPase proton pump activity of the roots plasma membrane and the active and passive uptake of Zn. Short-term chilling stress and freezing stress reduced the plasma membrane ATPase proton pump activity and the total uptake of Zn by root, mainly due to reduction of the active uptake. This negative effect was lessen by the presence of Zn. With the increase in the duration of cold stress and probably due to plant acclimation, the activity of H + -ATPase in the plasma membrane and uptake of the roots increased. In the recovery period, after the stress treatments, the activity of the H + -ATPase pump, proton traort and root uptake improved. Zinc treatment in presence and absence of lysine in compare with absence of zinc in all temperature treatments increased the activity of the H + -ATPase pump and increased the traort of proton and zinc uptake by roots. Although the activity of the H + -ATPase pump in the presence of lysine with zinc was lower than the absence of lysine, the lysine + zinc also increased the amount of proton traort and root uptake above the zinc treatment alone. Keywords : Chilling stress- Freezing stress- Zinc- Active and passive uptake- H + -ATPase Pump- Proton traort
هر گونه انحراف معنی داری از شرایط بهینه برای موجود زنده تنش محسوب می شود. دمای پایین یکی از بیشترین تنش هایی است که بر تولید محصول تأثیر منفی می گذارد و توزیع جغرافیایی محصولات کشاورزی را تعیین می کند. غشای سلولی اولین بخش زنده سلول است که در معرض عوامل نامساعد محیطی قرار می گیرد و بیشترین اثر های سرمازدگی بر ویژگی های غشای سلولی می باشد. پاسخ گیاهان به دماهای پایین به طول مدت تنش و شدت تنش وابسته است. گیاهان برای مقابله با شرایط نامساعد محیطی، مکانیسم های مولکولی ویژه ای را فعال می کنند که به آن ها اجازه می دهد با تنش های مختلف سازگار شوند. ریشه در جذب آب و عناصر غذایی نقش اساسی دارد، بنابراین فرآیند سازگاری ریشه ها در پاسخ به دمای پایین از اهمیت بسیاری برخوردار است. افزایش در فعالیت پمپ پروتونی ATPase غشای پلاسمایی به دنبال سازگاری با سرما، مکانیسمی است که گیاهان برای محافظت در برابر آسیب ناشی از تنش دمای پایین به کار می برند. بهبود وضعیت تغذیه hy;ی معدنی گیاهان برای حفظ بقا و عملکرد بالای آن ها تحت شرایط تنش های محیطی ضروری می باشد. روی یکی از عناصری است که در حفاظت گیاهان تحت تنش دمای پایین نقش بسیار مهمی ایفا می کند. یکی از عملکردهای خوب روی در سلول، نقش آن در حفظ یکپارچگی ساختار غشا و کنترل تراوایی غشاهای زیستی می باشد. اگرچه سولفات روی رایج ترین منبع تأمین عنصر روی برای گیاه می باشد، در سال های اخیر مصرف کلات های آلی طبیعی از جمله کمپلکس روی-آمینواسید ها مورد استقبال کشاورزان قرار گرفته است. در این پژوهش، اثر تنش سرما (دمای °C4 به مدت 6 ساعت و 18 ساعت) و تنش یخ زدگی (دمای °C4- به مدت 6 ساعت) بر مکانیسم های جذب روی و فعالیت پمپ پروتونی ATPase در دو رقم گندم روی کارا (بک کراس روشن) و روی ناکارا (دوروم یاواروس) و اثر دو منبع معدنی و کمپلکس شده عنصر روی بر سرمازدگی این دو رقم گندم با استفاده از آمینواسید لیزین مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش آزمایش ها در قالب طرح کاملاً تصادفی و به صورت فاکتوریل با سه تکرار انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که مدت زمان و شدت تنش دمای پایین فعالیت پمپ پروتونی ATPase غشای پلاسمایی ریشه و جذب فعال و غیرفعال ریشه را به طور متفاوتی تحت تأثیر قرار داد. تنش کوتاه مدت سرما و یخ زدگی فعالیت پمپ پروتونی ATPase، انتقال پروتون از عرض غشای پلاسمایی و مقدار جذب ریشه به ویژه جذب فعال آن را کاهش داد، اما در حضور روی این کاهش کمتر بود. با افزایش مدت تنش سرما وسازگاری گیاهان، فعالیت پمپ پروتونی غشا، انتقال پروتون از عرض غشای پلاسمایی و جذب ریشه نیز افزایش یافت. در دوره ی ریکاوری پس از اعمال تنش نیز فعالیت پمپ H + -ATPase، انتقال پروتون و جذب توسط ریشه بهبود یافت. تیمار روی در حضور و عدم حضور لیزین نسبت به عدم حضور روی در همه ی سطوح دمایی باعث افزایش فعالیت پمپ پروتونی H + -ATPase، افزایش انتقال پروتون و جذب توسط ریشه شد. با وجود اینکه فعالیت پمپ H + -ATPase در حضور لیزین به همراه روی نسبت به عدم حضور لیزین کمتر بود، اما مقدار انتقال پروتون و جذب ریشه را نسبت به تیمار روی تنها افزایش داد. کلمات کلیدی: تنش سرما- تنش یخ زدگی- روی- جذب فعال و غیرفعال- پمپ H + -ATPase- انتقال پروتون