بررسی نقش تنفس کلروپلاستی در شرایط تنش شوری و کمبود نیتروژن در جلبک سبز تک سلولی dunaliella salina

گیاهان در شرایط طبیعی به شدت در معرض تنش قرار دارند و ممکن است یک گیاه در یک زمان در معرض بیش از یک تنش زیستی قرار گیرد. سازگاری به تنش های محیطی از جمله شوری، شدت نور بالا و کمبود نیتروژن منجر به تغییراتی در همه سطوح فیزیولوژیکی ارگانیسم زنده از سطح آناتومیکی و مورفولوژیکی تا سطح سلولی، بیوشیمیایی و مولکولی می شود. در سطح بیوشیمیایی، مسیر انتقال الکترون فتوسنتزی به جای انتقال به فتوسیستم i از طریق یک اکسیداز انتهایی به مولکول اکسیژن انتقال یافته و سبب تشکیل مولکول آب در استروما میگردد. این مسیر اصطلاحا تنفس کلروپلاستی نامیده می شود. اجزای اصلی این مسیر شامل یک کمپلکس nad(p)h دهیدروژناز (ndh) و یک اکسیداز انتهایی بنام ptox (plastid terminal oxidase) میباشد. فرایند تنفس کلروپلاستی و اجزای آن بطور گسترده ای در گیاهان عالی مورد مطالعه قرار گرفته است، با اینحال اطلاعات چندانی در مورد نقش این مسیر در شرایط تنش در جلبکها در دست نمی باشد. در این تحقیق با استفاده از پروپیل گالات بعنوان ممانعت کننده ی تنفس کلروپلاستی، نقش این مسیر در شرایط تنشهای شوری، شدت نور بالا و فقر نیتروژن از طریق اندازه گیری فلورسانس کلروفیل مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور، کشتهای جلبکی dunaliella salina حاوی غلظتهای 1، 2 و 3 مولار نمک با غلظتهای 1/0، 5/0، 1، 2 و 4 میلی مولار ممانعت کننده تیمار شده و به مدت 96 ساعت در معرض شدت نور پایین (70 میکرومول فوتون بر متر مربع بر ثانیه) و بالا (400 میکرومول فوتون بر متر مربع بر ثانیه) قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تیمار کشتهای جلبکی با غلظتهای تا 2 میلی مولار ممانعت کننده سبب ممانعت از تنفس کلروپلاستی می شود ولی این ممانعت هیچ اثر معنی داری بر روند انتقال الکترون فتوسیستم ii ندارد در حالیکه غلظت 4 میلی مولار این ممانعت کننده سبب بروز اثرات نامطلوبی بر کارایی فتوسیستم ii و سایر فاکتورهای فیزیولوژیکی در کشتهای حاوی 1 و 2 مولار نمک تحت شدت نور پایین میشود. این امر نشان میدهد که غلظت بالای ممانعت کننده به طور مستقیم بر فتوسیستم ii اثر گذاشته و احتمالا سبب القای پدیده ی ممانعت نوری در جلبک dunaliella شده است. به هر حال، این غلظت از ممانعت کننده تحت شدت نور بالا میتواند سبب افزایش کارایی انتقال الکترون و فاکتورهای رشد شود. علاوه بر این، یک ارتباط منطقی بین افزایش شوری محیط رشد جلبک و کاهش اثرات منفی ممانعت کننده بر روند رشد و انتقال الکترون فتوسنتزی مشاهده میشود. همچنین کاهش بیشتر این اثرات منفی در شرایط افزایش شوری همراه با نور شدید مشاهده می گردد. چنین حالتی بیانگر این است که اثرات پروپیل گالات بر کارایی انتقال الکترون فتوسیستم ii و سایر پارامترهای فیزیولوژیکی به کیفیت و کمیت تنش وابسته بوده و نوع پاسخ جلبک به این ممانعت کننده بسته به شرایط محیطی مختلف، متفاوت است. همچنین بررسی ارتباط بین تنفس کلروپلاستی و جریان چرخه ای الکترون تحت شرایط تنش کمبود نیتروژن نشان دهنده ی عدم دخالت ptox در جریان چرخه ای الکترون فتوسنتزی و سازگاری این جلبک با شرایط تنش می باشد. با این حال، ممانعت از کمپلکس ndh سبب توقف انتقال الکترون چرخه ای و فروکش غیر فتوشیمیایی (npq) فلورسانس کلروفیل می شود. بنابراین مسیر چرخه ای الکترون وابسته به کمپلکس ndh در تشکیل شیب پروتونی لازم جهت القای npq دخالت دارد. در نتیجه ptox در ایجاد شیب پروتونی در عرض غشا و به دنبال آن تشکیل npq و سازگاری جلبک به تنش، نقشی ایفا نمی کند. بر خلاف مطالعات پیشین که مسیر تنفس کلروپلاستی را در سازگاری به تنشهای محیطی دخیل می دانند، نتایج بدست آمده از جلبک dunaliella نشان داد که ptox و مسیر تنفس کلروپلاستی در سازگاری سیستم فتوسنتزی این جلبک به شرایط تنش دخالت ندارد. از اینرو به نظر می رسد که اهمیت مسیرهای جایگزین مثل مسیر چرخه ای الکترون و تنفس کلروپلاستی در فتوسنتز و پاسخ به تنش از یک گونه به گونه ی دیگر متفاوت بوده و بیانگر تفاوت مکانیسم های سازگاری به شرایط محیطی در جلبک dunaliella در مقایسه با سایر گونه ها میباشد.