נושא העבודה
השפעת אתילן על ייצור קרוטנואידים באשכוליות מזן דנקן.
הרקע לעבודה
בפֵרות רבים צבע הפרי משמש מדד חשוב לאיכותם ולהבשלתם. לכן, לצבע הפרי ערך שיווקי רב. צבע הפרי מוקנה על-ידי שלוש קבוצות צבענים (פיגמנטים) עיקריות: כלורופילים, אנתוציאנינים וקרוטנואידים. בפֵרות הדר הקרוטנואידים הם הצבענים העיקריים. קרוטנואידים מקנים לרקמות הפרי צבעים בגוֹני צהוב-כתום-אדום. קרוטנואידים מצויים גם ברקמות ירוקות, אך שם צבעם מוסתר על-ידי הכלורופילים. קרוטנואידים מיוצרים על-ידי כל הצמחים העילאיים, אצות ירוקות, מיקרואורגניזמים רבים ופטריות. הם אינם מיוצרים על-ידי בעלי-חיים, אך בעלי- חיים קולטים אותם ממזונם. לקרוטנואידים חשיבות גדולה הן בצמחים והן בבעלי-חיים.
בצמחים הם משמשים צבעני עזר לכלורופילים על-ידי קליטת אור באורכי גל בתחום המשלים את הכלורופילים והעברת האנרגיה לכלורופילים (במנגנון שלא הובהר עדיין). הקרוטנואידים גם מגִנים על תאי הצמח מקרינה מזיקה בתנאי תאורת יתר. בפרחים ובפֵרות הם מסייעים במשיכת מאביקים ומפיצי זרעים. בבעלי-חיים, לקרוטנואידים חשיבות תזונתית. החשיבות הידועה ביותר היא ביתא-קרוטן כמקור לוויטמין A. לאחרונה מצטברות עדויות המצביעות על מעורבותם בתהליכים רבים אחרים בגוף וביניהם חיזוק המערכת החיסונית, דיכוי גידולים סרטניים, צמיחת עור והגלדת פצעים.
הקרוטנואידים מיוצרים בצמחים בפלסטידות. ברקמות הירוקות הקרוטנואידים מצטברים יחד עם הכלורופילים בקרומי הטילקואידים בכלורופלסטידות. בהבשלת פֵרות, הרקמה הירוקה משנה את צבעה כתוצאה משני תהליכים הפוכים: האחד - פירוק הכלורופילים, והשני - ייצור מוגבר של קרוטנואידים. תהליך זה מלווה במעבר מבני, הכלורופלסטידות הופכות לכרומופלסטידות.
בתהליך שינוי הצבע משתתפים גורמים רבים. חיצוניים (כמו אור וטמפרטורה) ופנימיים (כמו הורמונים וסוכרים). בחיצוניים: האור מזרז יצירת קרוטנואידים, אך אינו חיוני לתהליך. הטמפרטורה - לכל צמח יש טמפרטורה אופטימלית לתהליך. טמפרטורה גבוהה מונעת פירוק כלורופיל, אך אינה משפיעה על סינתזת ביתא-קרוטן. יש גם גורמים פנימיים, כגון הורמונים צמחיים, ג'יברלין ואתילן. אתילן הוא אחד ההורמונים החשובים המשתתפים בתהליך ההבשלה.
אתילן הוא הורמון גזי המשתתף במנגנוני הגנה של הצמח וריכוזו עולה במצבי מצוקה של הצמח - כגון עקת מים, נזק מכני לרקמות, זיהום אוויר, חיידקים פתוגניים, מזיקים, הצפות ותנאים אנארוביים. נוסף לכך הוא שולט בקצב הגדילה ומשפיע על תהליכי התפתחות סופיים של הצמח - כגון הזדקנות, השרת עלים, פריחה והבשלת פֵרות. בתהליך הבשלתו הפרי עובר שלושה שינויים: שינוי טעם, שינוי צבע ושינוי מִרקם (התרככות). ידוע כי אתילן מזרז את ההבשלה ומשפיע על צבע ומִרקם הפרי. חקלאים משתמשים בו לאחר הקטיף כדי לגרום להבשלת הפֵרות סמוך לשיווקם, לכן הוא בעל ערך כלכלי רב.
במעבדה במכון וולקני, משתמשים בנבטי אשכולית דנקן (Duncan) כדגם ניסוי ללימוד הבקרה של ביוסינתזת קרוטנואידים בהדרים, דגם הדומה בהתנהגותו לפרי ויש לו יתרונות במחקר. נבטים אלה מייצרים וצוברים קרוטנואידים כתוצאה מהשראה על-ידי חומר הנקרא CPTA - 2, 4 - Chloro Phenylthio Triethyl Amine. גם בנבטים מושפעים הייצור וצבירת הקרוטנואידים הן מגורמים חיצוניים (אור, טמפרטורה) והן מגורמים פנימיים (ג'יברלין). השפעת האתילן על תהליך זה בנבטים לא נחקרה עדיין.
מטרת העבודה
ללמוד את השפעת האתילן על ייצור וצבירת קרוטנואידים בנבטי אשכוליות דנקן לאחר טיפול בCPTA-.
שאלות מחקריות
- מהו ריכוז האתילן המשפיע באופן מיטבי על יצירה וצבירה של קרוטנואידים?
- מהו היחס בין זמן הטיפול באתילן לזמן הטיפול בCPTA-?
- האם השפעת האתילן תלויה באור?
תכנית ניסויים
המטרה היא למצוא את ריכוז האתילן המיטבי להעלאת תכולת הקרוטנואידים ברקמות הנבט.
ניסויים אלה יבוצעו בשני שלבים:
א. מציאת תחום הריכוזים - הנבטים יטופלו בתחום ריכוזים רחב של אתילן (100-0 ppm).
ב. מציאת הריכוז - תחום הריכוזים שיימצא בסעיף א יפורט וייבחנו שוב.
לאחר שטיפולי האתילן יבוצעו נבדוק את תכולת הצבענים (קרוטנואידים וכלורופילים) ברקמות הנבט השונות.
המטרה היא מציאת היחס בין מועד הטיפול באתילן למועד הטיפול בCPTA-.
א. הנבטים יטופלו באתילן (בריכוז המיטבי) מיד לאחר הנביטה ויטופלו בCPTA- שבוע לאחר מכן.
ב. הנבטים יטופלו באתילן (בריכוז מיטבי) שבוע לאחר הנביטה ויטופלו בCPTA- בגמר הטיפול באתילן.
ג. הנבטים יטופלו באתילן מיד לאחר הטיפול ב-CPTA.
ד. עצמת הצמיחה ותכולת הצבענים בכל הנבטים תיבדק שבוע לאחר הטיפול בCPTA-. הנבטים ייבדקו כמפורט בסעיף 1.
המטרה היא לבדוק אם השפעת האתילן תלויה באור. ניסוי זה בנוי במתכונת דומה לניסוי מס' 2, אך תיערך בו השוואה בין תנאי האור והחושך, הן לשלב הטיפול באתילן והן לתקופת הגידול שלאחר הטיפול ב-CPTA. הנבטים ייבדקו כמפורט בסעיף 1.
תכולת הצבענים תיבדק לאחר מיצוי והפרדה (עמודות ספיחה ורובד דק) בעזרת ספקטרופוטומטר. כל הניסויים ייערכו בנבטים בני שבוע של אשכוליות מזן דנקן. הטיפול ב-CPTA (בריכוז של 0.05%) ייעשה על-ידי טבילה למשך דקה; לאחר הטיפול יסולק הנוזל העודף ושורשי הנבטים ייקטמו.
מספר חזרות וגודל המדגם
משך הזמן של הניסויים השונים:
לוח זמנים: העבודה הניסויית תתחיל בחודש _______ ותסתיים _______. לאחר מכן ייערכו הסיכומים, עד חודש ________.
כל ניסוי יארך כחודש עם שלוש חזרות. גודל המדגם יהיה 20-10 נבטים. העבודה התחילה בחודש אוקטובר 1995 ותסתיים בחודש דצמבר 1995.
חלקו של התלמיד: כאן יפורט במדויק מה התלמיד יעשה במעבדה או בשדה.
רשימת מקורות (ביבליוגרפיה)
איקון, רפאל וגרוס, זאנה (1988). "על קרוטנואידים בפירות".
מדע לב, 3, 123-118.
Eilati, S.K. et al. (1975). "Carotenoid changes in the 'Shamuti' orange peel during chloroplast-cromoplast transformation on and of the tree". J. Txp. Bot, 26, 624-632.