بررسي اثر غلظت‌هاي مختلف كلريد كادميوم بر تنش اكسيداتيو گياه بادرنجبويه تحت شرايط درون شيشه‌اي

The Effect of Different Concentrations of Cadmium Chloride on Oxidative Stress in Shoot Cultures of Lemon Balm

بادرنجبويه(Melissa officinalis L.)گياه دارويي متعلق به خانواده نعناعيان (Lamiaceae) است. فلزات سنگين يكي از عوامل اصلي تنش غير‌زيستي براي موجودات زنده مي‌باشند.كادميوم يكي از فلزات سنگين غيرضروري است كه با تحريك سنتز راديكال‌هاي آزاد اكسيژن در گياه منجر به ايجاد تنش اكسيداتيو مي‌گردد. اين پژوهش در سال‌هاي 1396-1395 در دانشگاه شهركرد انجام شد. در اين مطالعه اثر غلظت‌هاي مختلف كلريد كادميوم(صفر، 10، 20 و 40 ميكرومولار)بر شاخص‌هاي بيوشيميايي گياه بادرنجبويهموردبررسي قرار گرفت. به اين منظور از ساقه‌هاي گياه بادرنجبويه كه در شرايط استريل بر روي محيط كشت موراشيگ و اسكوگ (1/2 MS) تكثير يافته بود استفاده شد. ساقه گياهچه‌هاي دوماههدر محيط كشت مايع (1/2 MS) حاوي غلظت‌هاي مختلف كلريد كادميوم كشت گرديد.پس ازگذشت يك هفته، نمونه‌برداري از آن‌ها جهت انجام آزمايش‌ها صورت گرفت. بر اساس نتايج به‌دست‌ آمده در اين مطالعه وزن ترساقه‌هاي كشت‌شده در غلظت‌هاي 10 و 20 ميكرومولار كلريد كادميوم نسبت به شاهد افزايش پيدا كرد. اين فلز سنگين به‌طور معني‌داري سبب كاهش مقدار كلروفيل a، b وكارتنوئيدها شد در حاليكه ميزان كلروفيل كل تنها در غلظت 40 ميكرومولار نسبت به شاهد كاهش پيدا كرد.همچنين كادميوم به‌طور معني‌داري سبب افزايش ميزان پراكسيد هيدروژن H2O2 در تمامي غلظت‌هاي تيمار شد. در بين آنزيم‌هاي آنتي اكسيدان مورد بررسي، كلريد كادميوم موجب افزايش فعاليت آنزيم‌هاي كاتالاز و سوپر‌اكسيدديسموتاز شد. ميزان مالون دي‌آلدئيد در تمامي غلظت‌هاي تيمار افزايش پيدا كرد اما در غلظت 40 ميكرومولار اين افزايش نسبت به شاهد معني‌دار نبود. كلريدكادميوم موجب كاهش جذب موليبدن و آهن شد. از طرفي باعث افزايش جذب منگنز و روي گرديد. بنابراين مي‌توان نتيجه‌گيري كرد كه احتمالاً كلريد كادميوم در ساقه‌هاي بادرنجبويه باعث تجمع تركيباتي مثل پراكسيد هيدروژن شد كه به‌عنوان يك مولكول پيام‌رسان باعث القاي دفاع آنتي‌اكسيداني گرديده است.

Melissa officinalis is a medicinal plant belonging to the Lamiaceae family. The essential oil of this plant is used in many fields. Although more than 100 types of chemical substances have been identified in this plant, the most important compositions of its essential oil include citral, citronella, geraniol and linalool. Heavy metals are one of the main causes of non-biotic stress for living organisms due to increased use in the field of industrial and agricultural development and its high accumulation and toxicity. Cadmium is an unnecessary heavy metal, which, due to its high mobility and low concentration, easily enters the food chain from the soil. Cadmium induces oxidative stress by stimulating the synthesis of free oxygen radicals in the plant. In this study, the effect of cadmium chloride on oxidative stress induction in lemon balm was investigated. This experiment was carried out in 2016-2017 at Shahrekord University. Materials and Methods This research was conducted in a completely randomized design with three replications in vitro condition. We investigated the effects of different concentrations of cadmium chloride (0, 10, 20 and 40μm) on the biochemical parameters of the lemon balm. In this study, sterile stems of lemon balm propagated on the medium (1/2 MS) were used. After 60 days, seedlings were removed from solid MS medium and the roots were cut and cultured in liquid medium of 1/2 MS with different concentrations of cadmium. The cultivation was carried out in Erlenmeyer flask (250 cc) and was kept in an incubator shaker device. Sampling for the experiment was conducted one week after the growth of the stems in the medium. Results Based on the results obtained in this study, fresh weight of shoots grown in 10 and 20μM of cadmium chloride increased compared to the control. This heavy metal significantly reduced the amount of chlorophyll a, b and carotenoids, while the total chlorophyll content decreased only at 40μm concentration relative to control. Cadmium significantly increased hydrogen peroxide levels in all treatments. Also, it increased the activity of catalase and superoxide dismutase enzymes. Malondialdehyde increased in all treatment concentrations, but this increase was not significant at 40μm of cadmium chloride. Chloride cadmium reduced the absorption of molybdenum and iron, yet increased the adsorption of manganese and zinc. Discussion The results of this study revealed that the cadmium chloride in lemon balm shoots may have the potential to accumulate compounds such as hydrogen peroxide which, as a messenger molecule, produces antioxidants and can help the plant tolerate stressed conditions. It seems that two concentrations of 10 and 20 μm of cadmium chloride have no toxic effects for the stems and the plant has managed to withstand this tension with defense mechanisms.