اثر پلي‌آمين‌ها بر جوانه‌زني، بيان برخي ژن‌ها و فعاليت آنزيم‌هاي آنتي‌اكسيدانت در بذرهاي كم‌بنيه جو

Effect of polyamines on germination, expression of some genes and activity of antioxidant enzymes in barley seeds with low vigour

به منظور بررسي اثرات فرسودگي بذر و كاربرد پلي­ آمين­ ها بر شاخص­ هاي جوانه­ زني، بيان ژن و فعاليت آنزيم­هاي آنتي­ اكسيدانت گياهچه­ه اي جو آزمايشي به­ صورت فاكتوريل در قالب طرح كاملا تصادفي در سه تكرار انجام گرفت. تيمارهاي آزمايش شامل سه سطح فرسودگي (شاهد، 11 و 14 روز) و دو نوع پل ي­آمين (پوترسين و اسپرمين) بود. صفات انداز ه­گيري شامل شاخ ص­هاي جوانه­زني، فعاليت چند آنزيم آنتي ­اكسيدانت و بيان ژن­ هاي مربوط به آن­ها بود. نتايج بررسي نشان داد كه فرسودگي بذر به­ مدت 14 روز موجب كاهش درصد جوانه­ زني به ميزان 24 درصد نسبت به شاهد شد، ولي كاربرد پوترسين آن را حدود 18 درصد افزايش داد. سرعت جوانه ­زني نيز در بذرهاي 14 روز فرسوده­ شده به ميزان 36 درصد كاهش داشت كه كاربرد اسپرمين آن را تا حدود 87/5 درصد افزايش داد. وزن خشك ساقه­ چه و ريشه­ چه به ­ترتيب در حدود 2 و 3 برابر در تيمار كاربرد پوترسين و عدم فرسودگي نسبت به شاهد بيش­تر بود. بيش­ترين ميزان فعاليت آنزيم­ هاي آسكوربات پراكسيداز، پراكسيداز، پلي­فنل اكسيداز و سوپراكسيد ديسميوتاز در بذرهاي فرسوده به­مدت 14 روز با كاربرد پوترسين مشاهده شد. ميزان بيان نسبي ژن­هاي رمزكننده آنزيم­هاي سوپراكسيدديسموتاز و گلوتاتيون ترانسفراز در تيمار پوترسين و بذرهاي فرسوده به­ مدت 14 روز، 8 و 22 برابر نسبت به شاهد بيش­تر شد. همچنين، بيان نسبي ژن­ هاي HSP90 و PR10 نيز در همين تيمار به ­ترتيب 5 و 8 برابر شاهد بود. به ­طوركلي، كاربرد پوترسين تا حدود زيادي موجب بهبود قدرت بذر جو گرديد كه اين امر مي ­تواند ناشي از بهبود شرايط اكسيداتيو سلول، مقاومت پروتئين­ هاي بذر به دليل فعاليت بيش­تر HSP90 و افزايش غلظت درون­زاد هورمون­ هاي بذر باشد.

In order to investigate the effects of seed aging and application of polyamines on the germination indices, gene expression and antioxidant enzymes activity in barley, a factorial experiment conducted based on completely randomized design with three replications. Treatments consisted of three aging levels (0, 11 and 14 days) and polyamines (putrescine and spermine). Germination indices, activity of antioxidant enzymes and expression of some genes were studied. Results showed that aging decreased germination percentage (GP) about 24 % in comparison to the control, but putrescine application increased GP about 18%. Germination rate (GR) decreased in the seeds aged for 14 days about 36 % and spermine increased GR about 87.5 %. Plumule and radicle dry weight increased 2 and 3 folds, respectively in putrescine and non-aged treatment rather than control. The highest activity of ascorbate peroxidase, peroxidase, polyphenol oxidase and superoxide dismutase (SOD) observed in the seeds aged over 14 days with putrescine application. Relative expression of genes encoding SOD and glutathione transferase was 8 and 22 folds greater, respectively in putrescine applied seeds aged for 14 days over control. Relative expression rate for HSP90 and PR10 genes was 5 and 8 folds greater than control, respectively in the same treatment. In conclusion, putrescine application invigorated the weak barley seeds and it can be related to improving the oxidative state of cells, greater protein conservation by high activity of HSP90 and increasing in the endogenous levels of seed hormones. Further in depth studies require to prove the role of hormones in seed vigor.