عنوان پایان‌نامه
اثر نانو مواد TiO۲ در پاسخ به تنش سرما در گیاه نخود Cicer arietinum L
- رشته تحصیلی
- اصلاح نباتات - ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 6693;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72448
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- رحمت محمدی
- استاد راهنما
- علیرضا عباسی, رضا معالی امیری
- چکیده
- چکیده در این آزمایش تاثیر نانوذرات TiO2 بر پاسخ¬های فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی دو ژنوتیپ نخود کابلی Sel96Th11439 (متحمل به سرما) و ILC533 (حساس به سرما) تحت تنش سرما ( ?C4) بررسی شد. تیمار نانوذره در غلظت¬های پایین تغییر معنی¬داری در شاخصهای سیتوژنتیکی ایجاد نکرد لذا جهت انجام آزمایش، غلظت¬های صفر، دو، پنج و ده ppm نانوذرات به صورت اسپری پاشی، بر روی گیاهچه¬های نخود استفاده شد و سپس گیاهچه¬ها تحت تنش سرمای ?C4 قرار گرفتند. تجمع نانوذرات در واکوئل گیاهچه¬های نخود نشان داد که نانوذرات توسط گیاه نخود جذب شد¬. تجمع نانوذرات تحت تیمارهای دمایی نشان داد که ژنوتیپ حساس نفوذپذیری بیشتری نسبت به نانوذرات در مقایسه با ژنوتیپ متحمل دارد، همچنین نفوذپذیری نانوذره تحت تنش سرما بیشتر از دمای طبیعی (?C23) بود. تحت تیمارهای دمایی میزان شاخصهای خسارت سلولی شامل نشت الکترولیتی (ELI) و مالون دی¬آلدئید (MDA) در ژنوتیپ متحمل در مقایسه با ژنوتیپ حساس و در گیاهان تیمار شده با نانوذره (به¬ویژه ppm 5) در مقایسه با گیاهان شاهد کمتر بود که این نتایج توسط کاهش در میزان پراکسید هیدروژن (H2O2) تایید شد. بررسی ساختار ژنهای دساتوراز (ژنهای دخیل در پایداری غشای سلولی) احتمالاً بخشی از تفاوت¬ها در میزان شاخصهای خسارت سلولی را تائید می¬کند. نتایج نشان داد نانوذره TiO2 نه¬تنها باعث القای تنش اکسیداتیو در گیاهان متحمل و حساس نشد بلکه باعث کاهش شاخصهای خسارت پلاسمای تحت تنش سرما شد. آنزیمهای آنتی اکسیدان از جمله کاتالاز (CAT)، گایاکول¬پراکسیداز (GPX)، آسکوربات پراکسیداز (APX)، سوپراکسید¬دیسموتاز (SOD) و پلی¬فنول¬اکسیداز (PPO) در محافظت از سلولها در مقابله با تنش سرما در گیاهان متحمل در مقایسه با گیاهان حساس و همچنین در گیاهان تیمار شده با نانوذرات TiO2 در مقایسه با شاهد (بدون تیمار نانوذره TiO2 ) تاثیر بیشتری داشتند. فعالیت لیپوکسیژناز بطور موثری فقط در گیاهان Sel96Th11439تیمار شده با نانو ذرات TiO2 در طول تنش سرما القا شد که احتمالاًً نقش آن‌را در پاسخ به تنش سرما نشان می‌دهد (که توسط اندازهگیری فعالیت آلن اکسید سنتتاز نیز تایید شد). نانو ذرات TiO2 موجب پایداری کلروفیل و میزان کاروتنوئید تحت تنش سرما شد. نتایج بخش فیزیولوژی نشان دادند که نانو ذرات TiO2 با کاهش سطح خسارت و افزایش افزایش تحمل به سرما در گیاهان پیشنهاد میشود. کلمات کلیدی: تنش سرما، نخود، نانوذره TiO2 ، آنزیمهای آنتیاکسیدان، شاخص های سیتوژنتیکی، RNA-Seq
- Abstract
- This study was conducted to evaluatet effect of TiO2 Nanoparticles on physiological, biochemical and molecular Responses of chickpea genotypes Sel96Th11439 (cold tolerance) and ILC533 (cold sensitive) under the cold stress (4?C). There was no significant difference on cytogenetic indexes in low concentration of NPs. These concentrations 0, 5 and 10 ppm nanoparticle solutions were sprayed on plant leaves and then plant were transferred to 4?C. Bioaccumulation of NPs in vacuoles showed that NPs were absorbed. This showed that under thermal treatments, the sensitive genotype had more permeability to NPs compared to the tolerant one, and this permeability was higher during CS compared to optimum temperature. In plants treated with TiO2 NPs a decreased H2O2 level was a accompanied by a decrease in MDA content and ELI compared to control plants, and these changes accrued more effectively in Tolerant genotypes than in susceptible one. Study on desaturase gene sequence (gene involved in integrity of plasma membrane), Probably reveal some difference in damage cell indices. Results showed that TiO2 NPs not only did not induce oxidative damage in chickpea genotype but also alleviated membrane image indices under CS treatment. The antioxidant enzyme including catalase (CAT), guaiacol peroxidase (GPX), Ascorbate Peroxidase (APX) , Superoxide dismutase (SOD) and polyphenol oxidase (PPO) were more effective in cell protection against CS in tolerant plants compared to sensitive plants, as well as in plants treated with TiO2 NPs compared to control plants. The lipoxygenase activity was induced effectively only in tolerant plants treated with TiO2 NPs during CS, probably indicating its role in stress response (which was confirmed by measuring allen oxide synthase activity). TiO2 NPs caused stability of chlorophyll and carotenoid contents during CS. Physiological results suggested that TiO2 NPs confer an increased tolerance of chickpea plants to CS, decreasing the level of injuries and increasing the capacity of defence systems. RNA-seq study showed that the most difference between tolerant and susceptible genotypes observed in early responses on the first day of CS so that 216 genes showed significant increase in tolerant genotype against sensitive genotype. 15% of 216 genes were TFs. The level of transcript in 31 genes showed significant increase in sensitive genotype on the first day of CS where significantly decrease in tolerant genotype. 10% of these gene were Histone that indicate ultrastructure and epigenetics role in response to cold stress. The days of the 3 and 6 after CS gene showed higher similarity compare first day of CS. 91 genes showed Simultaneously up-regulated in two genotype in 3 and 6 days. Most of these gene were related to common response including TFs, chlorophyll degradation, photosynthesis and cell wall improvement. Under CS, TiO2 NPs caused significant increase in transcript level that related to TFs, defense genes, phosphorylation and energy while these genes down-regulated in control plants (non-treated with TiO2), proposed different compartments of cell involved in cold stress response under TiO2 NPs. Results showed that TiO2 NPs not only didn’t induce oxidative damage in chickpea genotypes but also with change gene expression and defense and metabolic responses. New finding possibly would reveal use of NPs generally or TiO2 NPs, especially for increase of cold tolerance in crops. Key words: cold stress, chickpea, TiO2 Nanoparticle, antioxidant enzymes, cytogenetic indices, RNA-Seq.
