اثرات اشعه گاما بر برخی صفات فیتوشیمیایی در خرفه در نسل M2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه باغبانی، دانشکده کشاورزی، واحد علوم تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران.

2 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شاهد، تهران.

3 استادیار، گروه شیمی و بیوشیمی، دانشگاه ویندزور، ویندزور، انتاریو، کانادا

4 دانش آموخته دکتری، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین.

چکیده

هدف: خرفه (.Portulaca oleracea L) حاوی ترکیبات زیستی دارویی است که میزان این ترکیبات به ژنوتیپ و محیط رشد آن بستگی زیادی دارد. یکی از راه­‌های افزایش عملکرد این ترکیبات، استفاده از روش به‌نژادی توسط جهش مصنوعی مانند استفاده از اشعه گاما است. در این تحقیق اثرات اشعه گاما بر برخی صفات فیتوشیمیایی و میزان روغن دانه در نسل دوم (M2) خرفه بررسی شد.
مواد و روش‌ها: پس از تعیین دز مناسب اشعه گاما، بذور خرفه با دزهای ۰، ۲۰۰، ۳۰۰، ۴۰۰، و ۵۰۰ گری (GY) پرتوتابی شدند. بذور M2 به‌همراه بذور شاهد (بذور اشعه نتابیده) در سال دوم به‌­صورت بوته به ردیف در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه شاهد کشت شدند. صفاتی مانند میزان کلروفیل کل، مقدار کارتنوئید، میزان آنتوسیانین، ترکیبات فلاونوئیدی، فعالیت آنزیم‌­های پراکسیداز و کاتالاز در برگ و میزان روغن دانه اندازه‌گیری شدند.
نتایج: در تجزیه واریانس چندگانه تفاوت بین دزهای اشعه گاما برای صفات مورد مطالعه در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود. نتایج تجزیه واریانس ساده نشان داد که تفاوت بین دزهای اشعه گاما برای همه صفات مورد مطالعه معنی‌­دار بودند. حداکثر میزان روغن، میزان کلروفیل و کاتالاز در دز ۴۰۰ گری مشاهده شد. دزهای اشعه گاما از نظر مقدار پراکسیداز، در سه گروه قرار گرفتند. حداکثر پراکسیداز که در دز ۲۰۰ گری برآورد شد، با دزهای ۳۰۰ و ۴۰۰ گری تفاوت معنی­‌دار نداشت. میزان روغن دانه با آنتوسیانین و فلاونویید همبستگی معنی­‌دار نشان داد. همبستگی پراکسیداز با بقیه صفات فیتوشیمیایی به استثنای کاتالاز معنی­‌دار نبود. در دز ۴۰۰ گری یک لاین بدست آمد که از نظر بیشتر صفات مورد مطالعه برتر از شاهد بود. مقدار روغن دانه در این لاین حدود 57 درصد از شاهد بیشتر بود.
نتیجه‌گیری: نتایج این تحقیق نشان داد که ماده جهش‌زای اشعه گاما می‌تواند برای ایجاد تنوع ژنتیکی در صفات فیتوشیمیایی خرفه مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effects of gamma rays on some phytochemical characteristics in purslane at M2 generation

نویسندگان [English]

  • Pegah Farhadi 1
  • Mohammad Hossein Fotokian 2
  • Maryam Pejmanmehar 3
  • Zahra Danaeipour 4
1 MSc Graduate, College of Agriculture, Science and Research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, College of Agriculture, Shahed University, Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Chemistry and Biochemistry, University of Windsor, Windsor, Ontario, Canada.
4 PhD, Department of Biotechnology, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
چکیده [English]

Objective
Purslane (Portulaca oleracea L), contains various medicinal compounds whose quantity is influenced by its genotype and growing conditions. One way to increase the performance of these compounds is by using an artificial mutation breeding method such as gamma rays. This study investigated the effects of gamma rays on some phytochemical traits and grain oil content in the second generation (M2) of purslane.
Materials and Methods
After determining the appropriate dosage and exploring the effects of gamma rays on purslane, the purslane grains were irradiated with gamma rays at doses of 0, 200, 300, 400, and 500 Gy. The M2 and control (non-irradiated) grains were cultivated in the second year as plants in rows in the College of Agriculture, Shahed University research farm. Characteristics such as total chlorophyll, carotenoid, anthocyanin, and flavonoid content, along with the activity of peroxidase and catalase enzymes in the leaves, and grain oil content were measured.
Results
The analysis of variance showed that the difference among the gamma-ray doses was significant for all the studied traits. The maximum oil content, chlorophyll content, and catalase activity were observed in the 400 Gy. The doses of gamma rays were divided into three groups in terms of peroxidase amount. The maximum peroxidase was obtained in the 200 Gy. This was not significantly different compared with the 300 and 400 Gy. Grain oil content significantly correlated with anthocyanin and flavonoids. The correlation of peroxidase with other phytochemical traits was not significant, except for catalase. At a dose of 400 Gy, one line was obtained, which was superior to the control in terms of most of the studied traits. The amount of grain oil in this line was about 57% more than the control.
Conclusion
The results of this research showed that the gamma-ray induced mutagenesis can be used to create genetic diversity in purslane phytochemical traits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flavonoid compounds
  • Genetic diversity
  • Grain oil
  • Medicinal plants
  • Mutation

مراجع

Abu, J. O., Müller, K., Duodu, K. G., & Minnaar, A. (2006). Gamma irradiation of cowpea (Vigna unguiculata L. Walp) flours and pastes: Effects on functional, thermal and molecular properties of isolated proteins. Food Chemistry, 95(1), 138-147. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.12.040
Aebi, H. (1984). Catalase in vitro. In: Methods in enzymology. Elsevier, pp 121-126. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(84)05016-3
Ahmed, J. (1985). Ethyl methane sulfonate (EMS) induced rice mutants. International Rice Research Newsletter, 10(5), 5-6. https://doi.org/10.1046/j.1526-0992.1998.98097.x
Aisyah, S. I., SARASWATI, R. A., Yudha, Y. S., & Nurcholis, W. (2022). The diversity of agromorphological characters of Portulaca grandiflora in the MV8 population deriving from recurrent irradiation. Biodiversitas Journal of Biological Diversity, 23, 4432-4439. https://doi.org/10.13057/biodiv/d230908
Alahbakhsh, E., Galavi, M., Mousavi Nik, S. M., & Mohkami, Z. (2020). Effects of irrigation regimes and fertilizer on oil percent and fatty acid composition leaf and seed purslane (Portulaca oleraceae L.). Iranian Journal of Horticultural Science, 51(2), 375-386. https://doi:10.22059/ijhs.2019.270502.1546 [In Persian]
Arnon, A. N. (1967). Method of extraction of chlorophyll in the plants. Agronomy journal, 23, 112-121.
Arulbalachandran, D., Mullainathan, L., Karthigayan, S., Somasundaram, S. T., & Velu, S.  (2009). Evaluation of genetic variation in mutants of black gram (Vigna mungo (L.) Hepper) as revealed by RAPD markers. Emirates Journal of Food and Agriculture, 21, 42-50. https://doi.org/10.9755/ejfa.v21i2.5163
Azigwe, C., Zoryeku, P. A. D., Asante, I. K., & Oppong-Adjei, F. (2020). Effect of gamma irradiation on chlorophyll content in the cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp). Ghana Journal of Science, 61, 113-117. https://doi.org/10.4314/gjs.v61i2.11
Beyaz, R., Sancak, C., Yildiz, Ç., Kuşvuran, Ş., & Yildiz, M. (2016). Physiological responses of the M1 sainfoin (Onobrychis viciifolia Scop) plants to gamma radiation. Applied Radiation and Isotopes, 118, 73-79. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2016.09.005
Borzouei, A., Kafi, M., Khazaei, H., Naseriyan, B., & Majdabadi, A. (2010). Effects of gamma radiation on germination and physiological aspects of wheat (Triticum aestivum L.) seedlings. Pakistan Journal of Botany, 42, 2281-2290.
Changizi-Ashtiyani, S., Zarei, A., Taheri, S., Rasekh, F., & Ramazani, M.  (2013). The effects of Portulaca oleracea alcoholic extract on induced hypercholesteroleomia in rats. Zahedan Journal of Research in Medical Sciences, 15 (16).
Danaeipour, Z., & Haddad, R. (2020). Influence of drought stress on photosynthetic characteristics and protective enzymes in plants. Iranian Journal of Genetics and Plant Breeding, 9, 114-129. https://doi.org/10.30479/IJGPB.2020.13794.1278
Devi, M., Komal, S., & Logeshwari, B. (2019). Preliminary phytochemistry and antidiabetic activity of Portulaca grandiflora Hook plant extract on streptozotocin-induced diabetes in rats. Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research, 12, 87-90. https://doi.org/10.22159/ajpcr.2019.v12i12.35216
Dubey, A. K., Yadav, J. R., & Singh, B. (2007). Studies on induced mutations by gamma irradiation in okra (Abelmoschus esculentus (L.) Monch.). Progressive Agriculture, 7, 46-48.
Fotokian, M. H. (2010). Genetic variation in Sarigol and RGS003 canola varieties using gamma rays. Final Research Project Report. Vice chancellor for research, Shahed University [In Persian].
Fotokian, M. H., & Feizi Kelasi, N. (2020). Investigation of genetic diversity on M2 mutant lines of Purslane (Portulaca oleracea) derived through DMS mutagens. Journal of Crop Breeding, 12 (34), 105-114. https://doi.org/10.29252/jcb.12.34.105 [In Persian]
https://nucleus.iaea.org/sites/mvd/SitePages/Search.aspx. Last accessed 8 April 2024.
Kangarasu, S., Ganeshram, S., & Joel, A. J. (2014). Determination of lethal dose for gamma rays and Ethyl Methane Sulphonate induced mutagenesis in Cassava (Manihot Esculenta Crantz.). International Journal of Science and Research, 3, 3-6.
Kar, M., & Mishra, D. (1976). Catalase, peroxidase, and polyphenoloxidase activities during rice leaf senescence. Plant Physiology, 57, 315-319. https://doi.org/10.1104/pp.57.2.315
Khatri, A., Ahmed, M. A., Khan, I. A., Siddiqui, M. A., Raza, S. A. B. O. O. H. I., & Nizamani, G. S. (2005). Evaluation of high yielding mutants of Brassica juncea cv. S-9 developed through gamma rays and EMS. Pakistan Journal of Botany, 37, 279-284.
Kim, S. M., Jo, Y. D., Chun, J. I., Kim, J. B., & Kang, J. H. (2021). Chronic gamma irradiation changes phenotype and gene expression partially transmitted to next-generation tomato seedlings. Agronomy, 11, 1638. https://doi.org/10.3390/agronomy11081638
Krizek, D. T., Britz, S. J., & Mirecki, R. M. (1998). Inhibitory effects of ambient levels of solar UV‐A and UV‐B radiation on growth of cv. New Red Fire lettuce. Physiologia Plantarum, 103, 1-7. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1998.1030101.x
 Mishra, M. N., Hina Qadri, H. Q., Shivali Mishra, S. M. (2007). Macro and micro mutations, in gamma-rays induced M2 populations of Okra (Abelmoschus esculentus (L) Moench). International Journal of Plant Sciences, 2, 44-47.
Omer, S. O., Abdalla, A. W. H., Mohammed, M. H., & Singh, M. (2016). Bayesian estimation of genotypic and phenotypic correlations from crop variety trials. Crop Breeding and Applied Biotechnology, 16, 14-21. http://dx.doi.org/10.1590/1984-70332016v16n1a3
Rastegar, M. A. (2005). Weeds and their control methods, Tehran University Publications, Tehran, pp 413 [In Persian].
Salehi, F., Kheiry, A. A., Eskandari, A., & Rezaei M. B. (2015). The effect of gamma ray irradiation on the morphological and phytochemical characteristics of the medicinal plant Thymus vulgaris L.. Ecophytochemistry journal of Medicinal Plants, 3, 10-21. https://doi.org/10.30495/EJMP.2015.694502 [In Persian]
Seo, H. Y., Kim, J. H., Song, H. P., Kim, D. H., Byun, M. W., Kwon, J. H., & Kim, K. S. (2007). Effects of gamma irradiation on the yields of volatile extracts of Angelica gigas Nakai. Radiation Physics and Chemistry, 76, 1869-1874. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2007.03.020
Uquiche, E., Jeréz, M., & Ortíz, J. (2008). Effect of pretreatment with microwaves on mechanical extraction yield and quality of vegetable oil from Chilean hazelnuts (Gevuina avellana Mol). Innovative Food Science & Emerging Technologies, 9, 495-500. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2008.05.004
Valizadeh, M., & Moghaddam, M. (2012). Experimental designs in agriculture. 5th Edition, Parivar publication, pp: 348-354.
Wagner, G. J. (1979). Content and vacuole/extravacuole distribution of neutral sugars, free amino acids, and anthocyanin in protoplasts. Plant Physiology, 64, 88-93. https://doi.org/10.1104/pp.64.1.88
Walter, J., Vekslyarska, T., & Dobes, C. (2015). Flow cytometric, chromosomal and morphometric analyses challenge current taxonomic concepts in the Portulaca oleracea complex (Portulacaeae, Caryophyllales). Botanical Journal of the Linnean Society, 179, 144-156. https://doi.org/10.1111/boj.12309
Yılmaz, A., & Boydak, E. (2006). The Effects of Cobalt-60 Applications on yield and yield components of Cotton (Gossypium barbadense L.). Pakistan Journal of Biological Sciences, 9(15), 2761-2769. https://doi.org/10.3923/pjbs.2006.2761.2769
 
مجله ژنتیک و به‌نژادی گیاهی
دوره 1، شماره 1
فروردین 1403
صفحه 27-42

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار