۱-۷ پاسخ روزنه به تنش خشکی
افزایش دما اغلب باعث کمبود شدید آب درگیاه می­ شود. توده هوای خشک که در محیط حرکت می­ کند، باعث از دست رفتن شدید آب می­ شود. پیامد این گونه تغییرات اتمسفری، افزایش شیب بخار آب بین برگ و توده هوای اطراف آن است که منجر به افزایش میزان تعرق می­ شود. اولین پاسخ تمام گیاهان به کمبود آب، بستن روزنه­ها می­باشد. بستن روزنه­ها ممکن است نتیجه تبخیر مستقیم آب از سلول محافظ روزنه بدون دخالت متابولیسم باشد که به این فرایند بسته شدن آب-غیرفعال می­گویند. بسته شدن روزنه ممکن است وابسته به متابولیسم و با دخالت فرایندهایی باشد که باعث برعکس شدن جریان یون می­ شود، این فرایند نیازمند وجود یون­ها و متابولیت­هاست که به آن بسته شدن آب –فعال می­گویند. فرایند اخیر احتمالا به­وسیله ABA تنظیم می­ شود (Efeoğlu et al., 2009).
۱-۷-۱ نقش پتاسیم در پاسخ روزنه
در گیاهانی که پتاسیم به­مقدار کافی وجود دارد، فعالیت روزنه­ها به­خوبی کنترل می­ شود و مکانیسم باز و بسته شدن روزنه­ها کاملا به جریان پتاسیم و مالات، به­عنوان آنیون همراه پتاسیم، وابسته است. ورود فعال پتاسیم به سلول روزنه باعث باز شدن روزنه و خروج پتاسیم از سلول باعث بسته شدن روزنه می­ شود. در اکثر گونه­ ها مکانیسم باز و بسته شدن کاملا به یون پتاسیم وابسته است و سایر کاتیون­های تک ظرفیتی نمی ­توانند وظیفه یون پتاسیم را بر عهده بگیرند (Zheng et al., 2008).
۱-۸ اثرات تنش خشکی بر فتوسنتز
عوامل محدود کننده فتوسنتز در تنش خشکی در دو گروه عوامل محدود کننده روزنه­ای و غیر روزنه­ای قرار می­گیرند. از عوامل محدود کننده غیر روزنه­ای می­توان به کاهش و یا توقف سنتز رنگیزه­های فتوسنتزی از جمله کلروفیل­ها و کاروتنوئیدها اشاره کرد ( Oliviera-Neto et al., 2009). به نظر می­رسد که کاهش غلظت کلروفیل به دلیل اثر کلروفیلاز، پراکسیداز و ترکیبات فنلی و در نتیجه تجزیه کلروفیل باشد Macaulay et al., 1992)).
یکی از دلایلی که تنش­های محیطی مثل خشکی، رشد و توانایی فتوسنتزی گیاه را کاهش می­دهد، اختلال در تعادل بین تولید و حذف رادیکال­های آزاد اکسیژن است که منجر به تجمع گونه­ های فعال اکسیژن و القاء تنش اکسیداتیو، خسارت به پروتئین­ها و لیپیدهای غشاء و سایر اجزای سلول می­ شود (Fu and Huang 2001).
۱-۸-۱ نقش پتاسیم در فتوسنتز
یکی از مهم­ترین نقش­های پتاسیم، نقش کلیدی آن در فتوسنتز می­باشد. یون پتاسیم سبب تسریع در انتقال مواد حاصل از فتوسنتز می­ شود که این امر احتمالا مربوط به فرآیندهای فتوفسفریلاسیون است. به­طوریکه با افزایش مقدار یون پتاسیم در گیاه احتمال تولید ATP افزایش یافته که خود در بارگیری آوندهای آبکش با مواد ساخته شده فتوسنتزی، لازم می­باشد ( Boshoff, 2001).
۱-۹ روش­های مقابله گیاه با تنش
در شرایط تنش، فعالیت بالای آنزیم­ های آنتی اکسیدانی و محتوای بالای ترکیبات غیر آنزیمی برای تحمل گیاه به تنش بسیار مهم است.

سیستم دفاع آنتی اکسیدانی در سلول­های گیاهی شامل مکانیسم­های آنزیمی مثل سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT)، پراکسیداز (POX)، آسکوربات پراکسیداز (APX) و گلوتاتیون ردوکتاز (GR) و غیر آنزیمی مثل گلوتاتیون احیاء، آسکوربات و توکوفرول است. آنزیم SOD با تولید پراکسید هیدروژن (H₂O₂)، آنیون سوپراکسید را حذف می­ کند. آب اکسیژنه تولید شده سپس توسط آنزیم­ های CAT و POX حذف شده و سلول سم­زدایی می­ شود. آنزیم APX نیز در چرخه آسکوربات-گلوتاتیون، با مصرف آسکوربات به­عنوان دهنده الکترون مقدار پراکسید هیدروژن را کاهش می­دهد.
عمل آنزیم آسکوربات پراکسیداز در تبدیل پراکسید هیدروژن (H₂O₂) به H₂O با کمک آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در شکل زیر نشان داده شده است (Sundhakcar 2001).
۱-۱۰ کلروفیل
کلروفیل­ها رنگیزه­های معمول موجودات فتوسنتزکننده هستند. کلروفیل a و b در گیاهان به تواتر وجود دارند. کلروفیل a و b ساختار مشابهی دارند. تنها تفاوت آن­ها در گروه R است. اگر R یک گروه متیل (CH₃) باشد، کلروفیل از نوع a و اگر عامل فرمیل (CHO) باشد. کلروفیل از نوع b است. هر دو کلروفیل a و b نور مرئی را در طول موج مشخصی بین ۷۰۰ - ۴۰۰ نانومتر جذب می‌کنند (Taiz and ziger, 1999).
۱-۱۰-۱ طیف جذبی کلروفیل­ها
اگر نور تک رنگی به طول موج­های مختلف حاصل از منشوری را روی برگ سبزی بتابانیم و شدت فتوسنتز را در طول موج­های مختلف اندازه بگیریم، معلوم می‌شود که تاثیر نور آبی (با طول موجی نزدیک به ۴۲۰ نانومتر) و نور قرمز (با طول موجی نزدیک به ۶۸۰ - ۶۷۰ نانومتر) به حد بیشینه بوده و تاثیر نور سبز با ( طول موجی حدود ۶۰۰ - ۵۰۰ نانومتر) به حد کمینه است. این طیف کنشی در رابطه با طول موج در مورد کلروفیل که رنگیزه عمده کلروپلاست در گیاهان است. ظاهرا با خواص جذبی یا ، به عبارت بهتر طیف جذبی نور ارتباط دارد. زیرا کلروفیل وقتی از برگ استخراج می‌شود، دقیقا همان طول موج­هایی را که به بیشترین وجه در فتوسنتز موثرند، به مقدار زیاد جذب می‌کند. از مقایسه طیف جذبی رنگیزه‌های کلروفیل با طیف کنشی آن معلوم می‌شود که کلروفیل­های a و b و کاروتنوئیدها در جذب نور برای فتوسنتز دخالت دارند. بعضی از این رنگیزه‌ها تنها نقش گیرنده انرژی نوری را ایفا می‌کنند و بطور غیر مستقیم با انتقال انرژی خود به رنگیزه‌های اصلی که مستقیما در تبدیل انرژی نوری به انرژی شیمیایی عمل می‌کنند، نقش کمکی دارند (Taize and Ziger, 1999).
۱-۱۱ کاروتنوئید ها
کاروتنوئیدها ایزوپرنوئیدهای ۴۰ کربنه هستند. تمام کاروتنوئیدها در طبیعت ساختشان با اسکلت ۵کربنه به نام ایزوپنتیل پیروفسفات (IPP) و ایزومر آن دی متیل آلیل پیروفسفات (DMAPP) شروع می­ شود. یافته­های اخیر نشان می­دهد که بیوسنتز متیل اریتریول فسفات (MEP) از مسیر پلاستیدی می­باشد .(Eisenreich, et al. 2001; Hunter, 2007)
با اتصال سه مولکول IPP به DMAPP به­وسیله آنزیم GGDP سنتاز، محصول ۲۰ کربنه ژرانیل ژرانیل دی فسفات (GGDP) بوجود می ­آید که پیش ماده مشترک برای سنتز کاروتنوئیدها و چندین گروه دیگر از ایزوپرونوئیدهای پلاستیدی است. اتصال دو مولکول GGDP توسط آنزیم فیتون سنتاز (PSY) و ایجاد فیتون ۴۰ کربنه، اولین گام تعیین کننده در مسیر بیوسنتز کاروتنوئیدهاست. به­تازگی PSY3 جدید در ریشه برنج شناسایی شده که بیوسنتز کاروتنوئیدها را در پاسخ به تنش­های غیرزنده کنترل می­ کند . (Welsch, et al. 2008)
امروزه تمام ژن­های دخیل در مسیر بیوسنتز کاروتنوئیدها در گیاهان و باکتری­ ها مشخص و طبقه ­بندی شده ­اند که در مهندسی ژنتیک از آن استفاده می­ شود. کاروتنوئیدها دومین رنگدانه فراوان در طبیعت می­باشند که تاکنون ۷۰۰ نوع آن شناسایی شده است. کاروتنوئیدها نه تنها در تمام موجودات فتوسنتز کننده از جمله گیاهان، جلبک­ها و سیانوباکترها، بلکه در بعضی باکتری­ های هتروتروف و قارچ­ها به شکل دی نوو ساخته می­شوند. در گیاهان، کاروتنوئیدها نقش­های متنوعی دارند:
آن­ها به­عنوان رنگیزه­های کمکی در جمع کننده­ های نوری و در ترکیب واحدهای ساختمانی ماشین فتوسنتزی دخالت دارند.
به­عنوان حفاظت کنندگان نوری در گیاهان؛ با خاموش­سازی سریع حالت برانگیخته کلروفیل و همچنین در خاموش­سازی غیرفتوشیمیایی که یک مکانیسم تنظیمی و حفاظتی ثانوی است، نقش دارند. ویولازانتین، آنترازانتین و زآزانتین که جزء زانتوفیل­ها می­باشند، در خاموش­سازی غیرفتوشیمیایی مشارکت دارند .(Lin, et al. 2002)
در ایجاد رنگ­های متنوع گل ها و میوه ها که در جلب حشرات و جانوران برای گرده­افشانی و پراکندگی دانه موثر است.
بعضی از آپوکاروتنوئیدها که از تجزیه اکسیداتیو کاروتنوئیدها به ­وجود می­آیند، به­عنوان علامت موثر در نمو گیاه، عامل ضد قارچ و ترکیب موثر در عطر و طعم گل­ها و میوه­ ها به­حساب می­آیند .(Auldridge, et al. 2006)
جانوران و انسان نمی ­توانند به شیوه دوباره­ساز کاروتنوئیدها را بسازند، برای کسب این ماده ضروری به غذا وابسته­اند. آلفا و بتا کاروتن پیش­ماده ویتامین A محسوب می­شوند. کاروتنوئیدها را از قدیم به­عنوان مواد غذایی ضروری و مهم در بهبود سلامتی می­شناسند (Frasser and Branmley, 2004). بعضی ازکاروتنوئیدها از جمله لیکوپن آنتی­اکسیدان قوی بوده و در پیشگیری از بیماری عروق قلب و کاهش خطر ابتلا به سرطان موثراند (Hadley et al., 2002). تحقیقات نشان داده است که تجزیه اکسیداتیو کاروتنوئیدها در شرایط تنش­های محیطی القا می­ شود (Bota and Flexas. 2004).
۱-۱۲ ترکیبات فنلی
دو مسیر اصلی سنتز فنل­ها عبارت است از: مسیر شیکیمیک اسید و مسیرمالونیک اسید. مسیر اصلی در گیاهان عالی مسیر شیکمیک اسید می­باشد. در این مسیر پیش سازهای کربوهیدراتی ساده مشتق از مسیرهای گلیکولیز و پنتوزفسفات به آمینواسیدهای آروماتیک تبدیل می­گردد .(Uma, et al., 2010)
در گیاهان فراوان­ترین گروه ­های ترکیبات ثانوی فنلی از طریق حذف یک مولکول آمونیاک از فنیل­آلانین و تبدیل آن به سینامیک اسید بوجود می­آیند. این واکنش به­وسیله فنیل­آلانین آمونیالیاز (PAL)کاتالیز می­ شود. PAL نقطه انشعاب بین متابولیسم اولیه و ثانویه قرار گرفته­است. بنابراین واکنشی که توسط آن کاتالیز می­ شود، مرحله تنظیمی مهمی در تشکیل بسیاری از فنلی­ها می­باشد. فعالیت PAL توسط عوامل محیطی مانند کمبود غذا، نور (با تاثیر فیتوکروم) و آلودگی قارچی افزایش می­یابد. فنل­ها جز متابولیت­های ثانویه­ای هستند که در طیف وسیعی از اعمال فیزیولوژیکی اختصاصی شرکت می­ کنند. آن­ها برای رشد طبیعی، نمو ومکانیسم­های دفاعی ضروری می­باشند. نه­تنها درگیاهان، بلکه در حیوانات و انسان در انجام فرایندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیک نقش دارند (Gordana, et al., 2008).
پلی­فنل­ها دارای خاصیت پاک­کنندگی رادیکال­های آزاد، آنتی اکسیدانی و کمپلکس شدن با فلزات هستند. نحوه عملکرد آن ها به روش ذیل می­باشد .(Bahorun, et al., 2004)
اتصال به کارسینوژن­ها
تنظیم بیان ژن آنزیم­ های آنتی اکسیدانی
مهار تشکیل آمین­های ناجور حلقه
تعدیل مسیرهای بازدارندگی شیمیایی شامل آپاپتوزیس و توقف سیکل سلول
کاهش فعالیت پروتئین کینازها
تعدیل­سازی پاسخ­های التهابی و عصبی (Mukhtar Ahmad, 1999).
۱-۱۳ پرولین
گیاهان راه­کارهای مختلفی برای سازش با محیط و اجتناب به­منظور غلبه بر شرایط ناسازگار محیطی دارند که یکی از این سازگاری­ها، تجمع محلول­های سازگار مانند گلایسین بتائین، پرولین و مانیتول است. پرولین یکی از اسیدهای آمینه شرکت کننده در ساختار پروتئین­ها به­حساب می ­آید. تولید و تجمع پرولین در پاسخ به تنش اسمزی و سایر تنش­ها در جلبک­ها، گیاهان و باکتری­ ها صورت می­گیرد.
پرولین به­عنوان یک محلول سازگار در تنطیمات اسمزی، از بین بردن رادیکال­های هیدروکسیل، تنظیم پتانسیل اکسیداسیونی سلول، تنظیم PH و حفظ فشار تورژسانس سلول نقش دارد. همچنین تحقیقات نشان داده است که پرولین در بازسازی کلروفیل و فعال کردن چرخه کربس در تامین انرژی سلول در دوره­ آب­زدایی نقش دارد (Chandrashekar, et al. 1996). در بین محلول­های سازگار، تنها پرولین به­عنوان محافظ گیاه در مقابل اکسیژن یکتایی و آسیب­های ناشی از آسیب اکسیداتیو عمل می­ کند. علاوه بر این، پرولین قادر به حفاظت از پروتئین و DNAاست. تجمع پروتئین­های غنی از پرولین و به­خصوص باقیمانده­های پرولین در پروتئین­ها بر عملکرد پروتئین اثر گذاشته و باعث حفاظت از آن­ها در برابر تنش اکسیداتیو می­ شود. گیاهان ترانس ژنیک که قادر به تولید پرولین نیستند، به­ طور قابل توجهی مقاومت کمتری به تنش دارند. بنابراین پرولین تنها محصول ناشی از تنش نیست بلکه ترکیب فعال شیمیایی و تعیین کننده در فیزیولوژی حفاظتی تنش محسوب می­ شود (Blum and Ebercon, 1996).
۱-۱۴ مرور منابع
در ادامه به بررسی برخی از پژوهش­های انجام شده در زمینه تاثیر تنش­ خشکی در گیاهان می­پردازیم:
۱-۱۴-۱ تاثیر تنش خشکی بر محتوای پرولین
غلظت پرولین در گیاهان در شرایط بدون تنش کمتر از ۵ درصد مجموع کل اسید آمینه­ها می­باشد. در بسیاری از گیاهان تحت تنش خشکی میزان آن افزایش چشم­گیر می­یابد. این افزایش غلظت یک مکانیسم مولکولی مقاومت به تنش محسوب می­ شود. در بیشتر گونه­ ها ذخیره پرولین به­عنوان معیار سنجش تحمل تنش به­حساب می ­آید که البته این موضوع وابسته به گونه است.
پرولین نقش جاروب کننده رادیکال­های آزاد و نقش اسمولیت برعهده دارد(Jaleel, et al., 2008). پرولین به­عنوان یک اسمولیت مهم در تعدیل فشار اسمزی سلول تحت تنش­هایی مانند دمای پایین، کمبود مواد غذایی، قرار گرفتن در معرض فلزات سنگین و اسیدیته بالا نقش اساسی دارد. افزایش این ماده در شرایط استرس اسمزی، علاوه بر گیاهان در دامنه وسیعی از موجودات دیگر مثل باکتری­ ها، مخمرها، بی­مهرگان دریایی و جلبک­ها مشاهده شده­است (Delauney and Verma, 1993). با توجه به اهمیت انباشت پرولین درگیاه تحت تنش خشکی، تقریبا تمام منابع بررسی شده مبنی بر افزایش مقدار آن بوده است که به چند مورد اشاره می­ شود.
میرزایی. م و همکاران در سال ۱۳۸۹ اثر تنش خشکی را بر میزان پرولین گیاه کلزا بررسی کردند. با توجه به مجموع نتایج به دست آمده در این پژوهش، ملاحظه شد که تنش خشکی سبب افزایش غلظت پرولین در دو رقم کلزای بررسی شده در این آزمایش شده ­است. این نتایج نشان داد که تولید این تنظیم­کننده­ های اسمزی، یک پاسخ معمول به شرایط تنش خشکی می­باشد. افزایش غلظت پرولین در گیاهانی که تحت تنش قرار گرفته اند، نوعی سازگاری برای غلبه بر شرایط تنش می­باشد ( میرزایی،م و همکاران ۱۳۸۹). همچنین نتایج مشابهی توسط کبیری و همکاران در سال ۱۳۹۲ مبنی بر اندازه ­گیری میزان پرولین تحت تنش خشکی در گیاه سیاهدانه نیز گزارش شد ( کبیری،ر و همکاران ۱۳۹۲).
افزایش پرولین در گیاهان دیگر از جمله سیب­زمینی (۲۰۱۱ .Masoudi-Sadaghiani, F)، لوبیا (Shardendu, et al. 2011) ، سورگوم (Yadav, S. K., et al. 2005)، گندم (Hamada, et al. 2000) و ذرت Efeoğlu, et al. 2009)) در تیمار خشکی گزارش شده است.
۱-۱۴-۲ تاثیر تنش خشکی بر محتوای پروتئین