اتیلن به صورت گسترده ای در صنایع شیمیایی استفاده می شود، تولید آن در سراسر جهان (بیش از ۱۰۹ میلیون تن در سال ۲۰۰۶) بیش از هر ترکیب آلی دیگر بوده است (Anonymous, 2006). اتیلن از زمان مصریان باستان، که با ایجاد زخم در انجیر (تحریک تولید اتیلن) باعث رسیدگی انجیر می شد، استفاده می شده است. در چین باستان با ایجاد آتش در اتاق های بسته رسیدگی گلابی را تسریع می کردند. در سال ۱۸۶۴ کشف کردند که نشت گاز از چراغهای خیابان منجر به توقف رشد گیاهان، پیچش گیاهان و ضخیم شدن غیر طبیعی ساقه می شود (Lin et al., ۲۰۰۹). دوبت و ساراه[۵۴] در سال (۱۹۱۷) کشف کرد که اتیلن ریزش را تحریک می کند. گان[۵۵] در سال (۱۹۳۴) گزارش کرد که گیاهان اتیلن سنتز می کنند. اتیلن هورمون گیاهی است که مسئول رسیدن میوه و همچنین پیری بافتهای رویشی می باشد (Crocker et al., ۱۹۳۵).
۲- ۴- ۱- اتیلن
اتیلن یکی از تنظیم کننده های رشد گیاهی است که در رشد و نمو و پیری گیاه و دوره انبارداری میوه موثر است. اما از جنبه های پس از برداشت مهم ترین نقش آن به عنوان تنظیم کننده اصلی رسیدگی میوه است. این هورمون گیاهی در غلظت های میلی گرم در لیتر و میکرو لیتر در لیتر موثر است. هم سنتز و هم فعالیت آن وابسته به مراحل متابولیکی پیچیده است که نیاز به O2 دارد و حساس به غلظت بالای CO2 است. اتیلن یک گاز هیدروکربنی ساده است که می تواند به داخل و خارج بافت ها منتشر شود. اتیلن به صورت بیرونی و درونی مورد استتفاده قرار می گیرد و به طور عمده ای بر صفات کیفی محصولات کشاورزی از قبیل رنگ، بافت و طعم اثر می گذارد (Abeles et al., ۱۹۹۲; Fluhr and Mattoo, 1996; Saltveit, 1999). اثرات کاربرد درونی و بیرونی اتیلن متفاوت است. اغلب عکس العمل های گیاهان به اتیلن شامل تسریع تجزیه کلروفیل، بهبود رسیدگی و یا تولید فنیل پروپانوئید می باشد. به عنوان مثال می توان به اثرات مفید کاربرد اتیلن در برخی محصولات شامل سبززدایی مرکبات، رسیدگی میوه های فرازگرا و تحریک مقاومت در برابر پاتوژن ها و اثرات زیان آور شامل زرد شدن سبزی های سبز، کاهش سفتی میوه و یا قهوه ای شدن کاهو اشاره کرد. استراتژی های استعمال اتیلن یا عدم استعمال آن در طول مراحل رسیدگی، برداشت، انبارمانی و انتقال به طور وسیعی بر اساس اثرات تجاری آن توسعه یافته است (Yang and Hoffman, 1987).
۲- ۴- ۲- اتیلن و کیفیت میوه
گیاهان اتیلن تولید می کنند اما فقط میوه های فرازگرا و بافت های زخمی و آسیب دیده به مقدار کافی این گاز را تولید می کنند (Yang and Hoffman, 1987). در میوه رسیده فرازگرا اتیلن به میزان زیادی تولید می شود، به طوری که کاربرد اتیلن تأثیری روی رسیدگی ندارد. میزان تولید اتیلن در میوه های فرازگرای رسیده دامنه ی وسیعی دارد، در حالی که در میوه های نافرازگرا، در غیاب صدمات پاتولوژیکی و فیزیولوژیکی، سرعت تولید اتیلن کم است.
با وجود این، اتیلن کیفیت میوه های فرازگرا و نافرازگرا را عمیقاً تحت تأثیر قرار می دهد. اطلاعات زیادی در مورد واکنش های میوه ها به گاز اتیلن در دسترس است. اثر مفید یا مضر اتیلن وابسته به نوع محصول است. همه ی محصولات فرازگرا به صورت باالقوه به اتیلن با درجات مختلف حساس هستند. مثلاً کیوی فروت نسبت به شلیل به اتیلن حساس تر است. در کل فاکتورهای کیفی میوه نافرازگرا به طور زیانباری در درجات مختلف از اتیلن متأثر می شوند. مثلاً فاکتورهای کیفی مرکبات نسبت به گیلاس و آناناس بیشتر تحت تأثیر اتیلن قرار می گیرند (Abeles et al., ۱۹۹۲).
۲- ۴- ۳- بیوسنتز اتیلن: مکانیسم و تنظیم
بیوشیمی بیوسنتز اتیلن یک هدفی برای مطالعه در فیزیولوژی هورمون گیاهی بوده است (Kende, 1993). و پیشرفت های عمده در مسیر سنتز اتیلن ایجاد شده است، S- آدنوزیل- متیونین[۵۶] و ACC به عنوان پیش ماده اتیلن معرفی شدند (شکل ۲- ۶) (Yang and Hoffman, 1984). بر اساس این آگاهی، آنزیم هایی که این واکنش ها را کاتالیز می کنند مشخص شدند و با بهره گرفتن از روش های بیوشیمی خالص سازی شدند. اولین موفقیت در شبیه سازی مولکولی ژنهای ACC سنتتاز[۵۷] (Sato and Theologis, 1989) و ACC اکسیداز[۵۸] (Hamilton et al., ۱۹۹۱; Spanu et al., ۱۹۹۱) منجر به این شد که این آنزیم ها متعلق به خانواده چند ژنی هستند و به واسطه یک شبکه پیچیده سیگنال های توسعه و محیط زیست در پاسخ به محرک های داخلی و خارجی تنظیم می شوند (Johnson and Ecker, 1998).
۲- ۴- ۴- مکانیسم سنتز اتیلن
S- آدنوزیل- متیونین پیش ماده ای برای بیوسنتز اتیلن می باشد (Yang and Hoffman, 1984; Kende, 1993). نزدیک به ۸۰ درصد از متیونین سلولی بواسطه S- آدنوزیل- متیونین- سنتتاز[۵۹] syntheta) (SAMدر ازای مصرف یک ATP تبدیل به S- آدنوزیل- متیونین می شود (Ravanel et al., ۱۹۹۸). S- آدنوزیل- متیونین بزرگترین متیل دهنده در گیاهان می باشد و به عنوان یک سوبسترا برای بسیاری از مسیرهای بیوشیمیایی مانند بیوسنتز پلی آمین ها و اتیلن استفاده می شود (Ravanel et al., ۱۹۹۸). بعلاوه S- آدنوزیل- متیونین در واکنش های متیلاسیون دخیل است که چربی ها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک را تغییر می دهد.
بر اساس چرخه یانگ، اولین گام متعهد بیوسنتز اتیلن، تبدیل S- آدنوزیل- متیونین به ACC توسط ACC سنتتاز (S- آدنوزیل- L- متیونین متیل تیو آدنوزین- لیاز[۶۰]) می باشد (Yang and Hoffman, 1984; Kende, 1993). بعلاوه برای ACC، ACC سنتتاز نیز تولید ۵ʹ متیل تیو آدنوزین[۶۱] (MTA) در این واکنش می کند که بواسطه استفاده شدن و تغییرات در چرخه متیونین به متیونین تبدیل می شود (Bleecker and Kende, 2000). این گروه متیل برای تولید اتیلن حفظ می شود. بنابراین اتیلن می تواند به طور مداوم بدون خواستار افزایش متیونین سنتز شود، همزمان گروه سولفور متیونین نیز حفظ می شود. در نهایت، ACC بواسطه ACC اکسیداز به فرم های اتیلن، Co2 و سیانید تبدیل می شود، با بتا سیانو آلانین[۶۲] بواسطه بتا سیانو آلانین سنتتاز[۶۳] برای جلوگیری از تجمع سم سیانید در طی سرعت بالای سنتز اتیلن دفع مسمومیت می شود (شکل ۱). سرعت محدود مرحله سنتز اتیلن، تبدیل S- آدنوزیل- متیونین به ACC بواسطه ی ACC سنتتاز می باشد (Kende, 1993).
شکل ۲- ۶- مسیر بیوسنتز و تنظیم اتیلن (Kevin et al., ۲۰۰۲)
خود تنظیمی مثبت و خود تنظیمی منفی بیوسنتز اتیلن در گونه های گیاهی مختلف گزارش شده است (Kende, 1993; Nakatsuka et al., ۱۹۹۸; Barry et al., ۲۰۰۰). ایزومرهای مختلف ACC سنتتاز برای اهداف اصل ظاهر می شوند. برای مثال، در گوجه فرنگی Le- ACS2 و Le- ACS4 خود تنظیمی مثبت دارند و Le- ACS6 خود تنظیمی منفی بواسطه ی سنتز شدن اتیلن در طی رسیدن میوه دارد (Nakatsuka et al., ۱۹۹۸). اغلب مطالعات نشانی یابی تنظیم ACC سنتتاز روی بیان ژن ACC سنتتاز در پاسخ به محرک های مختلف درونی و محیطی متمرکز می شوند. تنها ویژگی مشترک این است که آنزیم ACC سنتتاز فاصله ای و زمانی تنظیم می شود و بواسطه ی سیگنال های بیرونی و درونی تنظیم می شود.
۲- ۴- ۵- اثرات مفید اتیلن
اثرات مفید اتیلن بوسیله کاربرد آن برای رشد گیاهان در مزرعه و باغ میوه، برای گیاهان گلخانه ای و برای برداشت محصولات مشخص شده اشت، از جمله تحریک توسعه رنگ در میوه ها، تحریک رسیدگی میوه های فرازگرا و تحریک سبززدایی مرکبات. کاربرد مزرعه ای اتیلن با توسعه آزاد سازی اتیلن بصورت مواد شیمیایی مثل اتفن (۲- کلرواتیل فسفونیک اسید) عملی شده است. اتیلن در فرم مایع برای افزایش رنگ و تسریع بلوغ میوه ها و کنترل آفات و حشرات به کار می رود. در سیب و گوجه فرنگی به خاطر تحریک سنتز رنگدانه ها توسعه رنگ افزایش می یابد یا تجزیه کلروفیل در موز و مرکبات از دیگر اثرات اتیلن است. کاربردهای پس از برداشت اتیلن به طور عمده به صورت گازی است که توسط سیلندرهای فشرده گاز اتیلن اعمال می شود و با هوا رقیق می شود و یا از تجزیه اتانول (مثل ژنراتورهای اتیلن) که برای تسریع رسیدگی میوه استفاده می شود، تولید می شود. اختلاف معنی داری در تأثیر این دو روش کاربرد اتیلن برای رسیدگی میوه وجود ندارد (Blankenship and sisler, 1991). اتفن بر روی سیب ها، غلات، گیلاس، مرکبات، قهوه، پنبه، کدوئیان، انگورها، گوآوا، زیتون، هلو، فلفل، آناناس، برنج، کائوچو، نیشکر، سیب زمینی شیرین، تنباکو، گوجه فرنگی وگردوها مورد استفاده قرار گرفته است. اتفن همچنین بر روی ریز میوه ها نیز مورد استفاده قرار گرفته است (Watada, 1986; Abeles et al., ۱۹۹۲).
اثرات مفید اتیلن روی کیفیت میوه های گوشتی شامل افزایش در بهبود رنگ قرمز و تحریک رسیدگی است اما همین صفات اگر باعث تسریع پیری، تحریک کاهش کلروفیل و نرم شدن بیش از حد گردند، زیان آور است. اثرات متقابل پیچیده ای بین اتیلن و فاکتورهای کیفی وجود دارد. مثلاً در مرکبات، اثرات مثبت اتیلن شامل تسریع کاهش کلروفیل و افزایش سنتز کارتنوئیدها و کاهش پوسیدگی به وسیله جلوگیری از ضایعات کپکی می باشد. اثرات منفی شامل افزایش حساسیت به آسیب سرما، افزایش پوسیدگی انتهای ساقه و افزایش بد طعمی می باشد. آگاهی از میزان تولید اتیلن برای محصولات مختلف و حساسیت آنها به تولید اتیلن، در مورد شرایط غیر یکنواخت انبارداری و انتقال آنها مفید است، نسبت به محصول و اینکه فعالیت اتیلن زود یا دیر هنگام است، مدیریت اقتصادی میوه ها متفاوت است (Mikal, 1999).
۲- ۴- ۶- اثرات زیان آور اتیلن
اثرات زیان آور اتیلن روی کیفیت میوه، تسریع یا تغییر فرآیندهای طبیعی رشد، رسیدگی و پیری متمرکز شده است، که به نظر می رسد در زمینه های مختلف باشد. به عنوان مثال افزایش تجزیه کلروفیل در کاهو مضر می باشد ولی در سبززدایی لیمو مفید می باشد در حالی که در انبارداری لیمو ترش مضر می باشد. در معرض اتیلن قرار گرفتن گیاهان در باغ یا مزرعه نادر است. زیرا سطوح نرمال اتیلن در اتمسفر بی نهایت پایین است و اتیلن به طور سریع توسط میکرواورگانیسم های خاک و پرتوهای خورشیدی از بین می رود. هنگامی که گیاهان در مکان های بسته مانند گلخانه ها، انبارهای سرد رشد می کنند یا انبار می شوند، آلودگی اتمسفری با اتیلن و آنالوگ های آن خیلی معمول است (Mikal, 1999).
۲- ۴- ۷- اثرات اتیلن روی ظاهر میوه
مشتری ظاهر قابل رویت میوه ها و سبزی ها را با کیفیت آن یکسان می داند. اتیلن ظاهر بیشتر میوه ها را به وسیله تحریک رسیدگی بهبود می بخشد. سرعت توسعه خصوصیات رنگی می تواند کیفیت بالاتری را در میوه ایجاد کند. پوست میوه پرتقال در اوایل هنوز سبز است هنگامیکه گوشت آن قابل خوردن است تیمار با اتیلن کاهش کلروفیل را تسریع می کند و رنگ ظاهری را نارنجی و زرد می کند. یک فرایند مشابه در موز اتفاق می افتد که اتیلن از بین رفتن کلروفیل را تحریک می کند. به هر حال اتیلن رسیدگی گوشت میوه را بهبود می بخشد. یکی از اولین کاربردهای اتیلن برای سفید کردن کرفس جهت از بین بردن کلروفیل بود (Harvey, 1925). غلظت های بالاتر اتفن کیفیت میوه را (نظیر ماده خشک، قند و ویتامین ث) کاهش می دهد و رنگ میوه را افزایش نمی دهد. انتقال اتیلن یا جلوگیری از فعالیت آن می تواند تغییرات رنگ را در انبار به تاخیر انداخته و دوره انبارداری محصولات انتخاب شده را طولانی می کند. به هر حال دیگر پارامترهای رسیدگی مثل نرمی،مواد جامد محلول، اسیدهای آلی، عطر و طعم ممکن است کاهش یابد یا جلوگیری شود (An and Paull, 1990).
۲- ۴- ۸- اثرات اتیلن روی بافت میوه
اتیلن باعث بهبود نرمی بافت در طول رسیدگی میوه می شود، اما اثرات اتیلن در نرمی بافت خیار، فلفل یا افزایش سفتی در مارچوبه و سیب زمینی شیرین مضر است. سفتی بسیاری از میوه ها و سبزی ها با تیمار اتیلن کاهش می یابد که اگر با رسیدگی همراه باشد، مفید است (مثل زردآلو، خربزه، گلابی و گوجه فرنگی) اما اگر برای مدت طولانی بکار برده شود، مرحاه رسیدگی تا پیری ادامه ی یابد و گوشت میوه خیلی نرم می شود. بافت خیار و فلفل در معرض اتیلن نرم و هلو آردی می شود (Risse and Hatton, 1982). کاربرد اتفن در سیب نرم شدن و تغییر رنگ میوه را تا چند هفته جلوتر موجب گردیده است(Davies, 1990) . در مارچوبه در معرض اتیلن واقع شدن، متابولیسم فنیل پروپانوئید، تجمع ترکیبات فنولیکی و لیگنینی شدن بافت را تحریک می کند (Lipton, 1990). بازدارندگی مسیر شیکیمیک اسید که توسط گلی فوزایت[۶۴] سوبستراهایی برای لیگنین تولید می کند، سفتی و مقدار فیبر و لیگنینی شدن کرفس های انبارشده را کاهش می دهد (Saltveit, 1988).
۲- ۴- ۹- تأثیر اتیلن روی عطر و طعم میوه
همزمان با رسیدن میوه، بیوسنتز اتیلن بطور شگفت انگیزی در میوه های فرازگرا بالا می رود (Abeles et al, ۱۹۹۲). عموماً اتیلن عطر و طعم میوه را با تحریک رسیدگی میوه افزایش می دهد (Watada, 1986). تیمار اتیلن همچنین مواد عطری مطلوب را در خربزه های هانی دیو[۶۵] افزایش می دهد. همچنین اتیلن برای تحریک نرمی گوشت و افزایش رنگ سطحی میوه استفاده می شود. کاربرد اتفن سه روز قبل از برداشت، غلظت مواد جامد محلول و غلظت ساکارز را کاهش می دهد (Yamaguchi et al., ۱۹۷۷). تیمار بیرونی اتیلن موجب رسیدگی گوشت و پوست می شود و رسیدگی پوست سریع تر از گوشت می باشد. بازدارندگی سنتز اتیلن یا فعالیت آن از رسیدگی میوه و تولید مواد آروماتیکی جلوگیری می کند (Yahia, 1991).
۲- ۴- ۱۰- اثرات اتیلن روی فنول کل و ظرفیت آنتی اکسیدانی
کاربرد ترکیبی از ۷۰۰ پی پی ام اتفن و ۸۰۰ پی پی ام آبسیزیک اسید در مرحله تغییر رنگ حبه ها باعث افزایش محتوای فنول کل در انگور تمپرانیلو به میزان ۱۶% بیشتر نسبت به شاهد شده است (Delgado et al., ۲۰۰۴) . اتیلن استفاده شده روی کیوی فروت های هایوارد بعد از برداشت که کیوی فروت های تیمار شده با اتیلن و تیمار نشده جداگانه تحت شرایط دمای C ̊ ۲۰ قرار گرفتند و در اتاق رشد به مدت ۲۰ روز رسیده بودند محتوای کلی پلی فنول و فعالیت آنتی اکسیدانی را به طور معنی داری در کیوی فروت های تیمار شده طی مدت ۴ تا ۶ روز بعد شروع فرایند رسیدن افزایش داد علاوه بر این همبستگی مثبتی بین مقدار فنول کل و ظرفیت آنتی اکسیدانی در همه میوه های تیمار شده و تیمار نشده وجود داشت (Park et al., ۲۰۰۶).
۲- ۵- اتفن
اتیلن یکی از عواملی است که بر روی کیفیت میوه و شدت رنگ موثر می باشد و اتفن از سال ۱۹۷۰ برای بهبود رنگ و تسریع بلوغ انگورها استفاده شده است (Cantina et al., ۲۰۰۷). در گیاهان این ترکیب، اتیلن آزاد کرده و به عنوان یک تنظیم کننده طبیعی رشد گیاهی، مسئول فعالیت فیزیولوژیکی محصول است. اتفن کاربرد های مختلفی برای محصولات کشاورزی دارد. برای مثال تحریک گلدهی، بازدارنده رشد رویشی و به عنوان عامل تنک، القاء مقاومت به سرمازدگی و بیماری ها، بهبود رسیدگی و بلوغ و بهبود رنگ میوه مورد استفاده قرار می گیرد (De Wilde, 1971). اثرات اتفن در بلوغ میوه و ترکیبات میوه متفاوت است. برای بیشتر ارقام انگور تغییرات قابل توجهی در مواد جامد محلول و یا اسید قابل تیتراسیون مشاهده نشده و یا تغییرات pH کمتر بود (Szyjewicz et al., ۱۹۸۴). کاربرد اتفن در انگور تغییر رنگ حبه ها را تسریع کرده و علاوه بر آن اسیدیته کل میوه را کاهش داده است (Al-Dujili, 1991). توسعه ناقص رنگ یک مشکل عمده در بیشتر تاکسانهای کالیفرنیا است. اخیرا از مواد شیمیایی قابل دسترس برای بهبود رنگ استفاده می شود مثل مواد تنظیم کننده ی رشد گیاهی اتفن که در زمان تغییر رنگ حبه ها به کار گرفته می شود و موجب رنگ گیری و تجمع قند در انگور های رومیزی می شود (Celik and Agaoglu, 1978). در کالیفرنیا، اغلب انگور های تازه خوری که در اقلیم های گرم پرورش می یابند، اغلب برای کسب رنگ مطلوب قرمز به علت دمای بالا که مانع از تجمع آنتوسیانین می گردد، دچار مشکل می گردند. تقریبا همه تاکستان های کریمسون سیدلس در کالیفرنیا برای توسعه مطلوب رنگ نیاز به اتفن دارند وکاربرد اتفن در آغاز تغییر رنگ حبه ها و سه تا چهار هفته بعد از آن بیشتر موثر است (Dokoozlian et al., 1994). به خوبی شناخته شده است که اتفن رنگ قرمز ارقام رنگی انگور را افزایش می دهد.
گزارشات مبنی بر مصرف اتیلن و یا ترکیبات آزاد کننده اتیلن از جمله اتفن حاکی از آن است که این ترکیبات باعث تسریع مرحله تغییر رنگ حبه های انگور می گردد (El – Kereamy et al., 2003). اما این به شرطی است که در دوره کوتاهی بلافاصله قبل از زمان طبیعی شروع رسیدگی حبه ها مصرف گردد (Chrvin et al., 2006 ). همچنین مصرف اتفن بر روی خوشه های میوه، موجب افزایش مقدار مواد جامد محلول و درجه بریکس (Pasuwitayakool, 1998 )، pH آب انگور(Gallegos et al., 2006 )، نسبت قند به اسید (شاخص طعم ) (Morris et al., 1982 ) و اسید قابل تیتراسیون ( Morris et al., 1982) می شود. گرچه ثابت شده است که تیمار اتفن ممکن است باعث نرم شدن نامطلوب انگور شود اما اتفن سفتی و قدرت جدا شدن حبه ها را تحت تاثیر قرار نمی دهد لذا به نظر می رسد در حبه ای شدن پس از برداشت تاثیری ندارد (Jensen et al., ۱۹۷۵). همچنین اتفن باعث ازدیاد وزن حبه (عملکرد) در برخی از ارقام گردیده است (Han, et al., 1996 ). ترکیبات آزاد کننده اتیلن نظیر اتفن باعث افزایش سرعت تولید مقدار اتیلن درونی حبه ها در ۲۴ ساعت بعد از تیمار گردیده است. این افزایش سریع سبب بهبودی نسخه برداری آنزیم های مختلفی که در بیوسنتز آنتوسیانین ها دخالت دارند، می شود. با توجه به خصوصیت نافرازگرا بودن انگور، یک مسیر برای سنتز اتیلن در بافت حبه انگور فعال می شود که باعث انباشته شدن آنتوسیانین ها و افزایش قطر حبه ها می گردد (Maihac and Chervin, 2006). کریمسون سیدلس از ارقام انگورهای تازه خوری است، اما در اقلیم های گرم حتی بعد از تیمار با اتفن میوه های آن اغلب در تشکیل رنگ قرمز کافی، دچار مشکل می گردند، زیرا دمای بالا مانع از تجمع آنتوسیانین می گردد (Spayd et al., ۲۰۰۲). کاربرد خارجی اتفن تشکیل رنگ را بهبود می بخشد. اما اثر باالقوه آن بر روی کیفیت پس از برداشت باید قبل از توصیه به مصرف آن بر روی انگورهای تازه خوری ملاحظه گردد، به علت اینکه تیمارها باعث رنگ گیری سریع حبه می گردد، برداشت زود هنگام میسر است اگر چه عملکرد کلی تحت تأثیر قرار نمی گیرد. اما عملکرد میوه های قابل بسته بندی را از طریق بهبود رنگ حبه ها دو برابر می کند (Celia et al., ۲۰۰۷). باید توجه داشت اگر اتفن برای بهبود رنگ و بلوغ انگورهای رومیزی مورد استفاده قرار می گیرد، با پیشرفت بلوغ و بهبود رنگ خطر اثرات منفی بر روی کیفیت محصول، از جمله نرم شدن حبه ها، ریزش حبه ها و کیفیت پایین پس از برداشت وجود دارد (Weaver and Pool, 1971).
۲- ۶- سنتز فلاونوئید در انگور
انگور (Vitis vinifera L.) یکی از مهم ترین میوه های گیاهی است، مشخص شده توسط دو اندام رویشی مانند میوه و بذر که دارای مقدار زیادی فلاونوئیدهای محلول می باشند. به واقع در انگور، فلاونوئیدها بخش عمده ای از فنول های محلول هستند و بیشترین غلظت آنتی اکسیدان طبیعی را در حبه نشان می دهند (Conde et al., ۲۰۰۷). اغلب فلاونوئیدها، در حبه انگور و بذر وجود دارند که متعلق ه رده ای از تانن ها، آنتوسیانین ها، فلاوان- تری- اول ها[۶۶] و فلاونول ها می باشند (Adams, 2006). این ترکیبات، علاوه بر اسیدهای فنولی (به طور عمده بنزوئیک اسید و هیدروکسی سینامیک اسیدها) در نسبت های مختلف ویژگی های ارگانولپتیکی شراب و دیگر تولیدات شرکت می کنند (Pinelo et al., ۲۰۰۶). به علت اهمیت اقتصادی زیاد انگور، شراب و فنول های انگور، میزان زیادی از پژوهش ها روی وقوع فلاونوئید و موضعی کردن بافت در طی رسیدن حبه انگور متمرکز شده است (Conde et al., ۲۰۰۷).
۲- ۶- ۱- تجمع فلاونوئیدها در حبه انگور
از نقطه نظر تشریحی، فلاونوئیدهای انگور به طور خاص در لایه های پریکارپ حبه (پوست) و در بعضی از لایه های بذر (تستا) قرار گرفتند. مزوکارپ حبه محتوی هیدروکسی سینامات های فنولی، خصوصاً در ارقام سفید و یک مقدار ناچیز فلاونوئیدها می باشد (Conde et al., ۲۰۰۷; Adams, 2006; Castellarin et al., ۲۰۰۶). پوست انگور، مانع آبگریزی پریکارپ می باشد و از دو بافت متمایز شده ترکیب شده است. بیرونی ترین، اپیدرم می باشد که شدیداً کوتینی می باشد، در صورتیکه لایه های دیواره ضخیم داخلی هیپودرم (تشکیل شده از چند لایه، به واریته بستگی دارد) محتوی بیشترین فلاونوئیدهای پوست می باشد (Adams, 2006; Pinelo et al., ۲۰۰۶).
در این بخش رده ی بزرگ فلاونوئیدها آنتوسیانین ها، رنگدانه های منحصر بفرد انگورهای قرمز، تانن ها و در حد جزئی فلاوان- تری- اول ها و فلاونول ها معرفی شده اند (Pinelo et al., ۲۰۰۶). تانن های پوست انگور پلیمرهایی از مونومرهای تغلیظ شده مختلف فلاوان- تری- اول ها می باشند، به طور عمده ساخته شده از اپی کاتچین[۶۷] و اپی گالوکاتچین[۶۸] به عنوان زیر واحدهای الحاقی و کاتچین به عنوان واحدهای انتهایی؛ گالوکاتچین ها[۶۹] مانند اپی کاتچین گالات[۷۰]، معمولاً به مقدار ناچیزی وجود دارند (Adams, 2006; Pinelo et al., ۲۰۰۶; Doshi et al., ۲۰۰۶). تانن های پوست نسبت به بخش هایی از بذر به میزان بالایی می باشد. در واریته های انگور قرمز، آنتوسیانین ها با تانن ها در لایه های هیپودرمی پوست متمرکز می شوند و حجم شان از ۵/۱۱ تا ۸/۲۹ میلی گرم در گرم می باشد (Pinelo et al., ۲۰۰۶).
آنتوسیانین های موجود در انگور شامل: دلفینیدین[۷۱]، سیانیدین[۷۲]، پتونیدین[۷۳] ، پئونیدین[۷۴] و مالویدین- تری- گلوکوزیدها[۷۵]، تری- (شش- استیل)- گلوکوزیدها[۷۶] و تری- (شش- پی- کوماریل)- گلوکوزیدها[۷۷]، پئونیدین و مالویدین تری- (شش- کافیئویل)- گلوکوزیدها[۷۸] می باشند. وجود مالویدین- تری- او- گلوکوزید آنتوسیانین عمده موجود همراه با فرم های آسیلاته شده می باشد (Adams, 2006; Pinelo et al., ۲۰۰۶). مونومرهای آزاد فلاوان- تری- اول، مانند کاتچین و اپی کاتچین نیز در پوست وجود دارند، اگرچه در غلظت های کم، ولی اشاره شده که به عنوان پیش ماده تانن های پلیمری می باشند (Adams, 2006; doshi et al., ۲۰۰۶; Downey et al., ۲۰۰۳). بخش سوم فلاونوئیدها در پوست توسط فلاونول ها تشکیل شده است، بیشتر نماینده های موجود گلوکوزیدها، گالاکتوزیدها و گلوکورونیدهای کوئرستین، کامپفرول و میریستین می باشند (Conde et al., ۲۰۰۷; Pinelo et al., ۲۰۰۶; Hollman and Arts, 2000; Makris et al.,2006). فلاونول ها بخصوص کوئرستین به عنوان محافظ های UV شناحته شده اند و در رنگدانه ها با آنتوسیانین ها نقش بازی می کنند (Doshi et al., ۲۰۰۶; Winkel- Shirley, 2002).
در نهایت، جدای از وقوع آنتوسیانین در رقم های قرمز، ترکیب فلاونوئید پوست شبیه انگورهای قرمز و سفید می باشد (Pinelo et al., ۲۰۰۶; Borbalan et al., ۲۰۰۳; Masa and Vilanova, 2008). در واقع، تجمع پروآنتوسیانیدین از تشکیل میوه تا ۱ تا ۲ هفته بعد از تغییر رنگ حبه (شروع رسیدن) اتفاق می دهد؛ سپس سطح شان بین زمان تغییر رنگ حبه ها و برداشت کاهش می یابد (Downey et al., ۲۰۰۳). بر خلاف تانن ها، تجمع رنگدانه های آنتوسیانین در انگورهای قرمز از مرحله تغییر رنگ حبه (۸ تا ۱۰ هفته بعد از شکوفه دهی) شروع می شود. و در آخرین مرحله بلوغ میوه به حداکثر میزان می رسد. سنتز فلاونول همزمان با تانن ها می باشد، در دو دوره تشخیص داده شده، اولی نزدیک گلدهی و دومی بعد از تغییر رنگ حبه ها شروع می شود (Downey et al., ۲۰۰۶). به هرحال، مقدار کل آنها در مراحل ابتدائی توسعه حبه بیشتر می باشد (Doshi et al., ۲۰۰۶; Downey et al., ۲۰۰۳).
۲- ۶- ۲- تجمع فلاونوئید در بذر انگور
بذر منبع بزرگ دیگری از فلاونوئیدها می باشد، حتی اگرچه آنها فقط ۶ درصد وزن حبه را تشکیل می دهند (Cadot et al., ۲۰۰۶). در این اندام گروه اصلی فلاونوئیدها فلاوان- تری- اول ها (متشکل از مونومرها و پلیمرهای تغلیظ شده) و مقدار ناچیزی از فلاونول ها می باشند (Pinelo et al., ۲۰۰۶). بر خلاف پریکارپ، فلاونوئیدها فقط در سطح بافتهای بذر متمرکز نیستند، بلکه در لایه های داخلی وجود دارند (Adams, 2006; Pinelo et al., ۲۰۰۶; Cadot et al., ۲۰۰۶). اخیراً سادوت و همکاران[۷۹] (۲۰۰۶) سه بافت متمایز پوشش دار شده (بیرونی، میانی و داخلی) در ساختار بذر انگور رقم کابرنت فرانس شناسایی کرده اند. پوشش بیرونی یا روکش نازک بذر، توسط کوتیکول، اپیدرم و بافت اصلی تشکیل شده و از دیواره های نازک بزرگ سلولی تشکیل شده است. دو لایه لیگنینی شده ضضخیم سلولی پوشش میانی یا روکش سخت بذر را تشکیل می دهند. سومین لایه سلولی نزدیک آندوسپرم پوشش درونی است. تقریباً تمام فلاونوئیدهای بذر در بافت اصلی پوسته بذر، پوشش بیرونی، بین کوتیکول و روکش سخت بذر می باشد. در حالی که تانن ها نیز در اپیدرم در لایه های پوشش داخلی می باشند (Adams, 2006; Cadot et al., ۲۰۰۶). قبل از تغییر رنگ حبه ها، لایه های داخلی پوشش میانی تحت یک فرایند ضخامتی و لیگنینی شدن قوی دیواره های سلولی شان قرار می گیرند، در حالیکه سلول های پوشش نازک بیرونی بعد از مرحله تغییر رنگ حبه ها شروع به رنگ گرفتن می کنند. بنابراین قهوه ای شدن بذر، در زمان رسیدن میوه تصور می شود به طور عمده نتیجه اکسیداسیون فلاوان- تری- اول ها و تجمع تانن ها در دیواره های نازک سلولی پوشش بیرونی باشد، مشروط بر اینکه یک مانع فیزیکی و شیمیایی برای گرفتن اکسیژن و عفونت پاتوژن باشد. در مقایسه با پوست، مجموع حجم تانن به میزان بالایی در بذرها گزارش شده است (Adams, 2006; Pinelo et al., ۲۰۰۶; Downey et al., ۲۰۰۳).
در نهایت، تغییرات ترکیب فلاونوئیدها در سراسر فرایند بلوغ بذرهمراه با تغییرات ماکروسکوپی در بافتها مانند رنگ و سفتی می باشد. بالاترین غلظت فلاونول- تری- اول ها (مونومر و تانن های تغلیظ شده) در مرحله تغییر رنگ حبه می باشد، زمانی که تجمع آنها به حداکثر می رسد، اما پس از آن میزان آن با نزدیک شدن به بلوغ به آرامی افت می کند که میزان مونومرها ۹۰ درصد و پروآنتوسیانیدین ها ۶۰ درصد کاهش می یابد (Adams, 2006; Downey et al., ۲۰۰۳; Cadot et al., ۲۰۰۶; Kennedy et al., ۲۰۰۰).
۲- ۶- ۳- مسیر بیوسنتز فلاونوئید در انگور
فلاونوئیدها ترکیب می شوند همراه با مسیر عمومی فنیل پروپانوئید بواسطه فعالیت یک کمپلکس آنزیم چند نشانی آزاد مرتبط در سطح سیتوپلاسمی شبکه آندوپلاسمی (شکل ۲- ۷). این مسیر کاملاً در گونه های گیاهی مختلف مشخص شده است (Winkel-Shirley, 2006). بلکه همچنین در انگور بیان ژنهای درگیر در سنتز فلاونوئید (خصوصاً آنتوسیانین و پرو آنتوسیانیدین ها) به خوبی در حبه ها و بذرهای ارقام قرمز و سفید مشخص شده است (Bogs et al., ۲۰۰۶; Boss et al., ۱۹۹۶; Sparvoli et al., ۱۹۹۴; Castellarin et al., ۲۰۰۷). الگوهای بیان ژن اختلاف های معنی داری بین اندام ها و رقم ها، خصوصاً برای ژن های درگیر در سنتز آنتوسیانین نشان می دهد. در رقم های قرمز همه ی ژنها در پوست حبه بیان می شوند ولی در گوشت حبه بیان شان کم است و بطور خاص ژنهای فنیل آلانین آمونیالیاز (PAL)[80] و یو دی پی- گلوکز: فلاونوئید- تری- O-گلوکوزیل ترانسفراز[۸۱] (UFGT) بیان نمی شوند (Boss et al., ۱۹۹۶). این دو ژن رمز گذاری می شوند بترتیب برای آنزیم های درگیر در اولین و در آخرین مرحله مسیر آنتوسیانین، PAL اجازه می دهد آمونیاک از فنیل آلانین هیدرولیز شود، در صورتیکه UFGT گلیکوزیلاسیون آنتوسیانیدین ها را برای تولید آنتوسیانین ها کاتالیز می کند. فقدان UFGT در بذرها نشان داده شده است (Boss et al., ۱۹۹۶). در مقابل، مطالعات انجام گرفته در مورد بیان ژنهای درگیر در سنتز ترکیبات فلاونوئیدی در ارقام سفید تنها در پوست حبه انجام گرفته است. شواهد و مدارک ثابت کردند که اگر با پوست ارقام قرمز مقایسه شوند ژن UFGT قابل تشخیص نیست و بیان ژنهای دیگر کمتر است (Boss et al., ۱۹۹۶).
شکل ۲- ۷- مسیر بیوسنتز فلاونوئید در انگور (Enrico et al., ۲۰۰۸)
به تازگی والکر و همکاران[۸۲] (۲۰۰۷) کشف کرده اند که دو ژن بسیار مشابه متعلق به خانواده ی MYB ( VvMYBA1 و VvMYBA2) قادر به تنظیم رنگ در حبه انگور هستند. جالب توجه است که ژن حبه سفید (VvMYBA2) توسط دو جهش غیر متوالی غیر فعال می شود. بیوسنتز بخش پروآنتوسیانیدین ها مراحل مشترکی با مسیر آنتوسیانین دارد، اما شاخه هایی خارج می شوند از این بعد از کاهش لئوکوسیانیدین[۸۳] (یا سیانیدین) به کاتچین (یا اپی کاتچین) بترتیب بواسطه فعالیت آنزیمی لئوکو آنتوسیانیدین ردوکتاز[۸۴] (LAR) یا آنتوسیانیدین ردوکتاز[۸۵] (ANR)، بیان ژنهای VvLAR1، VvLAR2 و VvANR در بذر و پوست رقم های قرمز تنظیم موقتی سنتز پروآنتوسیانیدین را نشان می دهد که از مراحل توسعه انگور شروع می شود و تا رسیدن ادامه دارد (Bogs et al., ۲۰۰۵). علاوه بر این تفاوت معنی داری نشان می دهد در بیان نسبی از جمله ی ژنها در هر دو بافت، با میزان بالاتری در بذر انگور، در حالیکه VvLAR1 به نظر می رسد فقط در بذر انگور وجود دارد. همانند آن برای آنتوسیانین ها پیدا شده که فاکتور رونویسی VvMYBPA1 انگور قادر به تنظیم تشکیلات پروآنتوسیانیدین ها می باشد و همچنین در بذر و پوست انگور کشف شده است (Bogs et al., ۲۰۰۷).
فصل سوم
مواد و روشها
۳- ۱- ماده گیاهی و تیمار حلقه برداری
حدود ۱۸ بوته انگور رقم ریش بابا قرمز از تاکستان ایستگاه تحقیقات کهریز شهرستان ارومیه گزینش شد. بوته ها از نظر شرایط سنی، حجم و قدرت بوته در وضعیت به تقریب یکسانی قرار داشتند. در روی هر بوته ۶ خوشه هم اندازه و یکنواخت به طور تصادفی انتخاب شد و تیمار حلقه برداری روی ۹ تا از بوته های انگور (روی شاخه فصل جاری زیر خوشه) در مرحله تغییر رنگ حبه ها انجام گرفت. حلقه برداری با بهره گرفتن از چاقوی تیز با دو برش در ابعاد یکسان با فاصله ۵-۲ میلیمتر انجام شد.
۳- ۲- تیمار اتفن
