نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار بخش کشاورزی، دانشگاه پیام نور
2 استادیار بخش کشاورزی (اصلاح نباتات )، دانشگاه پیام نور
3 استادیار بخش کشاورزی، دانشگاه پیام نور
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
To investigate the effects of salinity stress on canola, ten cultivars of spring canola obtained from Karaj Seed and Plant Improvement Institute, were evaluated in vegetative growth stage in the greenhouse of Payam-e- Noor University of Mahabad, in 2017. The experiment was carried out in two salinity levels of Sodium Chloride (zero (control) and 250 mM) using a hydroponic system. Traits were measured at the end of rosette and before the stem elongation stages, after two weeks of salinity stress. The results showed that in addition to morphological depreciation, salinity stress caused imbalance in ionic concentration, increased Na+ concentration, and decreased K+ and K+/Na+. Meanwhile amount of the electrolyte leakage, proline and glycine betaine was higher under stress than control condition while the RWC was decreased. Generally, the most tolerant and succeptible cultivars were SW5001 and Sarigol respectively. Traits such as plant dry weight, chlorophyll index and K+/Na+ were 10.89, 41.53 and 16.80 respectively in tolerant SW5001 cultivar and were of 8.70, 38.10 and 8.25, respectively in Sarigol succeptible variety. Therefore, there was diversity between the studied cultivars in terms of response to salinity stress, which could be used in complementary studies and ultimately in plant breeding programs.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
شوری یکی از تنشهای غیرزیستی مهم است که عملکرد گیاهان را کاهش میدهد. از طرف دیگر، گیاهان در مواجهه با تنش، از خود واکنش نشان میدهند ولی همه ژنوتیپهای گیاهی، واکنش یکسانی به تنش شوری ندارند و احتمال می‌رود در میان ژنوتیپهای موجود، برخی تحمل بیشتری نسبت به تنش شوری داشته باشند. ساده‌ترین اقدام در اصلاح گیاهان برای تحمل به شوری یا تنشهای محیطی دیگر، ارزیابی ژنوتیپهای مختلف در مواجهه با تنش مورد نظر و انتخاب ژنوتیپ‌هایی با تحمل بیشتر است. این روش، مستلزم وجود تنوع درون گونه‌ای کافی و وجود روشهای مناسب برای غربال کردن تعداد زیادی گیاه است (Munns & Tester, 2008).
تنش شوری علاوه بر کاهش ارتفاع گیاه، سطح برگ و ماده خشک کل، موجب کاهش محصول نیز میشودد. در اثر تنش شوری، سطح برگ و ارتفاع گیاه، خیلی سریع‌تر از سایر شاخصهای مورفولوژیکی کاهش مییابد زیرا تجمع ماده خشک توسط گیاه، حاصل میزان فتوسنتز خالص و سطح فتوسنتز کننده گیاه است. ژنوتیپهای مقاوم، گرایش به حفظ مقادیر بالای این متغیرها دارند (Su et al., 2013) بهطوریکه شوری باعث کاهش تعداد برگ و ارتفاع بوته میشود. چنین کاهشی در صفات مذکور، طی مطالعات متعدد گزارش شده است (Cuin et al., 2009). توصیه میشود که گزینش برای تحمل به شوری، بر اساس خصوصیات فیزیولوژیکی، مورفولوژیکی و بیوشیمیایی صورت گیرد. برای این منظور، استفاده از شاخصهای بیوشیمیایی مانند تجمع پرولین، گلایسین بتائین، قندها یا نسبت و غیره کاربرد بیشتری داشته است. در گیاهان تحت تنش، K+ به برگها انتقال داده میشود درحالیکه Na+ به شکل یکنواختتری توزیع میشود. از این رو، نسبت +Na/+K در گیاهان واقع در شرایط نرمال، بیشتر از گیاهان تحت تنش می باشد. با افزایش شوری محیط، این نسبت کاهش نشان می دهد (Pandey & Penna, 2017).
بهطورکلی، فرآیندهای فیزیولوژیکی در گیاهان، عمدتاً تابع میزان آب موجود در گیاه است و بهطور غیرمستقیم، تحت تأثیر تنش شوری قرار دارد (Chaparzadeh et al., 2003). تنظیم اسمزی، یک مکانیسم سازگاری به کمبود آب در اثر خشکی یا شوری است که با افزایش میزان املاح در سلولها میتواند باعث حفظ تورم و فرآیندهای مربوط در پتانسیل‌های آب پایین شود (Cuin et al., 2009). حفاظت از پتانسیل اسمزی مثبت برگ، با تجمع ترکیباتی مانند مانیتول، رافینوز، تری هالوز، پرولین و گلایسین بتائین که اصطلاحا محلولهای سازگار[1] نامیده میشوند به‌دست می آید (Verslues et al., 2007). به‌نظر میرسد که تنظیم اسمزی، نوعی سازگاری به تنش باشد، بهطوریکه افزایش مقدار مواد محلول در سلول میتواند منجر به حفظ تورژسانس و فرآیندهای مرتبط با تورژسانس مانند باز و بسته شدن روزنهها، رشد ساقه، فتوسنتز و توسعه ریشه‌ها در لایه‌های عمیق خاک در پتانسیل‌های پایین شود (Ashraf & Harris, 2013).
از جمله رویدادهای مهم بیوشیمایی در گیاهان تحت تنش، تغییرات به صورت کاهش یا افزایش پروتئین، محلولهای قندی و پرولین میباشد (Paleg & Aspinall, 1989). پرولین نوعی اسمولیت برای تنظیم اسمزی است و توزیع آن، ساختار دیواره سلولی و پروتئین‌ها را پایدار و رادیکالهای آزاد را تمیز میکند. میزان تجمع پرولین در شرایط تنش متوسط یا شدید، نسبت به سایر اسید آمینه‌ها افزایش مییابد. پرولین به‌عنوان یک مخزن ذخیره نیتروژن و یا ماده محلولی که پتانسیل اسمزی سیتوپلاسم را کاهش میدهد عمل می‌نماید و گیاه را در تحمل به تنش یاری میدهد (Saadia et al., 2012). اسمولایتهایی که نقش مهمی در تنظیم اسمزی ایفا می کنند، وابسته به نوع گونه گیاهی هستند. گلایسین بتائین نیز یک محلول سازگاری است که در پاسخ به تنش اسمزی انباشته میشود و تجمع آن، یک واکنش مهم سازشی گیاه در برابر تنش است (Pandey & Penna, 2017). از طرف دیگر، روزنهها نقش مهمی در تبخیر و تعرق، فتوسنتز و تنفس گیاه به عهده دارند (Monneveux & Belhassen, 1996). بسته شدن روزنهها، لازمه نگهداری پتانسیل آب بالاست اما این عمل موجب کاهش هدایت روزنهای، جذب کربن و فتوسنتز میشود (Merano et al., 2002).
شاخص کلروفیل برگها، یک شاخص مفید برای بهره‌وری از پتانسیل فتوسنتزی و قدرت عمومی گیاه میباشد (Alonso et al., 2002). همچنین اندازهگیری فلورسانس کلروفیل، روشی نسبتاً جدید است که برای ارزیابی فعالیت‌های فتوسنتزی گیاهان بهکار می‌رود (Kocheva et al., 2004). از نسبت Fv/Fm به عنوان یک شاخص گزینش قابل اطمینان برای شرایط دارای تنش، استفاده شده است (Schreiber et al., 1994). Mohammadian et al. (2003) گزارش کردند که میزان عملکرد فتوشیمیایی در فتوسیستم II (Fv/Fm)؛ تحت شرایط تنش کاهش یافت. از طرف دیگر، در شرایط پتانسیل آبی کم که در شرایط تنش خشکی و شوری ایجاد میشود، هدایت روزنهای کاهش می‌یاید که در نتیجه منجر به کاهش غلظت گاز دی اکسید کرین در برگ میشود و در نهایت فتوسنتز را کاهش میهدد. همچنین، درصد تراوش الکترولیتی که مشابه شاخص پایداری غشا می باشد و در واقع هر دو به یک مفهوم می باشند، متأثر از خصوصیات غشا سلولی است و در مطالعه Nayyar (2003) ژنوتیپهای حساس، دارای مقادیر بالایی برای این صفت بودند. کاهش پایداری غشا یا همان افزایش درصد تراوش الکترولیتی، نشان دهنده میزان پراکسیداسیون لیپیدها توسط گونههای فعال اکسیژن میباشد (Chaparzadeh et al., 2003). کاهش تجمع پراکسید هیدروژن و پراکسیداسیون لیپیدها و در نتیجه افزایش پایداری غشا (کاهش درصد تراوش الکترولیتی) در ژنوتیپهای گندم متحمل به تنش خشکی نیز گزارش شده است. بهعبارتی، تکامل ساختاری غشا سلول را میتوان توسط تراوش الکترولیتی اندازهگیری کرد که این بخش ممکن است تحت تأثیر دهیدراسیون و تنش غیر مستقیم اکسایشی قرار گیرد (Pandey & Penna, 2017). در آزمایشی که توسط Su et al. (2013) روی کلزا انجام شد، ارزش صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی مانند ارتفاع بوته، وزن خشک بوته، تعداد و سطح برگ، محتوای آب نسبی برگ، شاخص کلروفیل و میزان پرولین تحت تنش شوری کاهش یافت. در آزمایش دیگری روی کلزا در شرایط تنش شوری، ارتفاع و وزن خشک بوته و عملکرد، تحت تاثیر تنش شوری کاهش یافت ولی یون سدیم افزایش و یون پتاسیم و همچنین نسبت پتاسیم به سدیم کاهش یافت (He & Cramer, 1993). همچنین گزارش شده است که تحت تنش شوری در گیاه کلزا، اسمولیتها از جمله پرولین به ویژه در ارقام متحمل افزایش یافت (Saadia et al., 2012).
در این راستا و با توجه به اهمیت موضوع، این پژوهش با هدف مطالعه صفات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در برخی ارقام کلزا تحت تنش شوری و شناسایی ارقام متحمل و حساس در جهت استفاده از آنها در برنامههای اصلاحی اجرا شد.
مواد و روشها
در این پژوهش، پاسخ ده رقم کلزای بهاره در مرحلة رشد رویشی (گیاهچه‌ای) به تنش شوری، به روش آبکشت یا هیدروپونیک (با ترکیب مواد ارائه شده در جدول 1) در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه پیام نور مهاباد در سال 1396 مورد ارزیابی قرار گرفتند. مواد گیاهی مورد استفاده در این پژوهش شامل ارقامOlga ، Sarigol، Heros، Cracker،Option500 ، Comet،Hyola308 ،Amica ، Eagle و SW500l بودند که جزو ارقام بهاره کلزای موجود در کشور میباشند و از موسسه تحقیقات، اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه شدند. آزمایش بهصورت فاکتوریل و در قالب طرح پایة بلوکهای کامل تصادفی با چهار تکرار انجام گرفت. عامل اول شامل شوری از نوع کلریدسدیم در دو سطح صفر (شاهد) و 250 میلی‌مول و عامل دوم ارقام کلزا بودند. برای یکنواختی کار و عدم تداخل سرعت جوانه‌زنی بذرها بر تیمارهای شوری، ارقام مختلف به صورت نشاء تهیه شدند. نشاکاری، پنج روز پس از خیساندن آخرین رقم انجام شد و شروع تنش، سه هفته بعد از نشاء گیاهچه‌ها در بستر اصلی بود. اعمال تنش به صورت تدریجی انجام شد و هر روز 50 میلی مول کلریدسدیم اضافه شد و دو هفته پس از اعمال کامل تنش شوری و در پایان مرحله روزت، نمونهبرداری برگ (برگ دوم از بالای بوته) از کلیه واحدهای آزمایشی انجام شد. سپس صفات مورد مطالعه با استفاده از روش مناسب خود اندازهگیری شدند. برای این منظور، محتوای آب نسبی برگها به روش Morant-Manceau et al., (2004) و سطح ویژه برگ، از طریق محاسبه نسبت سطح برگ (سانتیمتر مربع) به وزن خشک برگ (گرم) به‌دست آمدند (Arias, 2007).
جدول1- مشخصات محلول هوگلند مورد استفاده در آزمایش
Table 1.Hoagland solution specifications used in the experiment
|
Element name |
Used concentration |
|
NO3 |
mM 15 |
|
K |
mM 6 |
|
Mg |
mM 2 |
|
Zn |
mM 8 |
|
B |
mM 100 |
|
Mn |
mM 8 |
|
Cu |
mM 2 |
|
Mo |
mM 2 |
|
Ca |
mM 5 |
|
Fe as Fe-EDTA |
4 mg/l |
برای تعیین پتانسیل آب برگ، از دستگاه محفظه فشار (مدل Soil Moisture Equipment crop, Sanat Barbara, CA) و برای پتانسیل اسمزی، از دستگاه اسمومتر (مدل Osmomat o10, Gonotec) استفاده شد. همچنین دمای برگ و میزان هدایت روزنهای برگ، بهترتیب با استفاده از دماسنج مادون قرمز و دستگاه پرومتر (Delta-T Devices, Cambridge, UK) اندازهگیری شدند. از طرف دیگر، برای تعیین فلورسانس از دستگاه فلورومتر (مدل Opti Science, OS-3OMSA)، برای شاخص کلروفیل برگها از دستگاه کلروفیلمتر (مدل SPAD-502, Mlolta, Japan) و برای اندازهگیری یونهای +Na و +K از دستگاه فلایم فتومتر (مدل Genway Model PFP7/C) استفاده شد. همچنین، غلظت پرولین برگ و میزان گلایسین بتائین بهترتیب به روش نین‌هیدرین [2]Bates et al. (1973) و Grieve & Grattan (1983) و با اسپکتروفتومتر اندازهگیری شد و اندازهگیری تراوش الکترولیتی ([3]EL) با روش Nayyar (2003) صورت گرفت. علاوه بر این صفات، ارتفاع بوته، تعداد برگ در بوته، وزن خشک برگ در بوته و وزن خشک بوتهها نیز اندازهگیری و ثبت شد. در این آزمایش، برای افزایش اعتبار نتایج، در هر واحد آزمایشی از میانگین چهار نمونه استفاده شد. پس از جمعآوری دادههای مربوط به صفات مورد مطالعه، تجزیه واریانس بر اساس طرح آزمایشی و همچنین مقایسه میانگین برای سطوح تنش و ارقام، به روش دانکن در سطح احتمال پنج درصد و با استفاده از نرمافزار SPSS انجام شد. همچنین تجزیه خوشهای با استفاده از این نرمافزار و به روش وارد، با برش تجزیه تابع تشخیص انجام شد.
نتایج و بحث
اثر تنش شوری بر صفات مورفولوژیک
ارتفاع و وزن خشک بوته، وزن خشک برگ و تعداد برگ در بوته، صفات مورفولوژیکی بودند که تحت تأثیر تنش شوری مقدار آنها کاهش یافت و بین سطوح تنش از لحاظ این صفات اختلاف معنیداری وجود داشت. با توجه به معنی دار نبودن اثرمتقابل رقم در تنش، این صفات در متوسط سطوح تنش مقایسه شدند (جدول 2). نتایج نشان داد که بین ارقام از نظر این صفات در متوسط سطوح تنش اختلاف معنیداری وجود دارد. در این مطالعه، بیشترین میانگین ارتفاع بوته مربوط به ارقام Hyola308، SW5001، Option500 و Cracker و کمترین آن مربوط به رقم Sarigol بود. همچنین تحت شرایط تنش، رقم SW5001 و Sarigol به ترتیب دارای بیشترین و کمترین وزن خشک بوته بودند (جدول 3). این نتایج با یافتههای حاصل از تحقیقات Drecer et al. (2003) در کلزا مطابقت داشت. از طرف دیگر، تعداد برگ در بوته و وزن خشک برگ در این آزمایش، تحت تأثیر تنش شوری قرار گرفتند (جدول 2). تحت تنش شوری تعداد برگ در بوته و وزن خشک برگ کاهش یافتند و ارزش این صفات در ارقام Sarigol و Hyola308 بهترتیب کمترین و بیشترین مقدار بود. با توجه به نتایج بدست آمده میتوان بیان داشت که تنش شوری، با کاهش فشار تورژسانس، سبب کاهش رشد و توسعه سلولهای گیاه، بهویژه در برگها میشود و به همین دلیل، اثر محسوس تنش در این حالت، بهصورت تعداد کمتر برگها، کاهش وزن خشک برگها و اندازه کوچکتر آنها و ارتفاع کمتر گیاهان مشاهده میشود. علاوه بر آن، چون تنش شوری موجب اختلال در جذب عناصر غذایی و بر هم زدن تعادل یونی در گیاه میشود، میتوان کاهش رشد و توسعه برگها و ساقه را به کمبود عناصر غذایی و اختلال تغذیهای ناشی از شوری نسبت داد (Mirmohammadi meibodi & Ghareyazi, 2002). بر اساس سایر گزارشات نیز تنش شوری باعث کاهش تعداد برگ و ریشه، کاهش سطح برگ و وزن خشک بوته و برگ میشود (Raghar & Jams, 1994; Cicek & Cakirlar, 2002).
اثر تنش شوری بر برخی صفات فیزیولوژیک
سطح ویژه و دمای برگ از جمله صفاتی بودند که در این آزمایش تحت تأثیر تنش شوری قرار گرفتند (جدول 2). تحت تنش شوری موجب افزایش این دو صفت شد . از آن‌جت که اثر متقابل تنش در رقم برای صفت سطح ویژه برگ معنی دار بود (جدول 2)، مقایسه میانگین سطوح تنش برای شرایط شاهد و تنش شوری بهصورت جداگانه صورت گرفت (شکل 1). در مجموع، ارزش این صفات در ارقام Sarigol و SW5001 بهترتیب کمترین و بیشترین مقدار بود. Araus et al. (1997) بیان داشتند که افزایش سطح ویژه برگ تحت تنش ممکن است به دلیل سازگاری با شرایط تنش اتفاق افتد. همچنین کاهش در وزن خشک برگ که باعث نازکی برگ و افزایش شاخص سطح برگ میشود، ممکن است ناشی از کاهش مواد خشک ناپایدار و یا افزایش ضخامت دیواره سلولی باشد (Lu & Neumann, 1999). از طرف دیگر، Winter et al. (1988) گزارش کردند که بین شرایط شاهد و تنش از نظر دمای برگ تفاوت معنیداری وجود دارد در حالیکه تفاوت بین ارقام گندم در آزمایش آنها معنی دار نبود. محققان نشان دادهاند که گیاهانی که دمای برگ کمتری دارند، از سرعت فتوسنتز بالاتری برخوردارند. سرعت فتوسنتزی کم در گیاهانی که دمای برگ بالاتری دارند میتواند ناشی از افزایش تنفس باشد (Hortensteiner & Krautler, 2011).
اثر تنش شوری بر صفات مرتبط با فتوسنتز
فلورسانس کلروفیل، شاخص کلروفیل و هدایت روزنهای، از جمله صفات فیزیولوژیکی هستند که با فتوسنتز گیاه در ارتباطند. در این آزمایش، تحت شرایط تنش، هدایت روزنهای، فلورسانس کلروفیل و شاخص کلروفیل کاهش یافت و بین ارقام نیز تفاوت معنیداری مشاهده شد درحالیکه برای همه این صفات بهجز هدایت روزنهای، اثر متقابل رقم در تنش معنیدار نشد. میانگین فلورسانس کلروفیل در ارقام SW5001، Cracker و Hyola308 بالا بود در حالیکه تحت شرایط تنش، این صفت در ارقام Sarigol و Comet میانگین پایینی را به خود اختصاص داد (جدول 3). شاخص حساس تحمل سیستم فتوسنتزی به تنشهای محیطی، بررسی فلورسانس کلروفیل میباشد (Maxwell & Johnson, 2000).
Baker & Rosenquist (2004) گزارش کردند که فلورسانس تحت شرایط تنش، کلروفیل کاهش مییابد. الگوی تغییر فلورسانس کلروفیل مشاهده شده در این مطالعه، مشابه الگوی گزارش شده توسط برخی محققین میباشد (Jafarinia & Shariati, 2012). ارقام SW5001، Cracker و Hyola308 از جمله ارقامی بودند که میانگین شاخص کلروفیل بیشتری را به خود اختصاص دادند ولی Sarigol و Comet دارای میانگین پایین‌تری بودند (جدول 3). گزارشاتی در مورد کاهش میزان کلروفیل تحت شرایط تنش خشکی وجود دارد (Hortensteiner & Krautler, 2011). همچنین گزارش شده است که میزان کلروفیل ارقام حساس و متحمل تحت تنش خشکی کاهش مییابد ولی میزان کاهش این صفت برای ارقام حساس بیشتر است (Sairam & Tyagi, 2004).
جدول 2- تجزیه واریانس صفات مورد مطالعه ارقام کلزا تحت تنش شوری
Table 2. Variance analysis of the studied traits in canola cultivars under salinity stress
|
Mean of squares |
degree of freedom |
S.O.V |
|||||||||||||||||
|
Glycine Betaine |
Proline content |
Relative Water Content |
Electrolyte leakage |
K+/Na+ |
K+ |
Na+ |
Osmotic Potential |
LWP |
Chlorophyll fluorescence |
SPAD |
Leaf Conductivity Stomata |
Leaf Temperature |
Leaf Specific Area |
Leaf Dry Weight |
Number Leaf in Plant |
Plant Dry Weight |
Plant Height |
||
|
0.039ns |
0.046ns |
5.67ns |
475.98ns |
2.52* |
0.0249ns |
0.134* |
0.014ns |
0.005ns |
0.010ns |
3.78ns |
0.038** |
0.158ns |
232.56ns |
0.018ns |
6.05** |
1.04ns |
6.98ns |
3 |
Replication |
|
0.079* |
22.50** |
876.56**
|
2456.87** |
25.76** |
3.005** |
15.56** |
0.98** |
11.13** |
0.042** |
549.84** |
0.039** |
36.67** |
2998.65** |
5.60** |
26.99** |
18.67** |
853.14** |
1 |
Stress |
|
0.039ns |
8.49** |
45.67**
|
756.87** |
11.66** |
0.029** |
0.052** |
0.059** |
0.064** |
0.035** |
33.12** |
0.044** |
10.53** |
1568.34** |
0.234** |
12.87** |
7.78** |
55.98** |
9 |
cultivar |
|
0.025ns |
2.047** |
39.83**
|
143.67ns |
1.32ns |
0.013ns |
0.011ns |
0.008ns |
0.010ns |
0.023ns |
7.90ns |
0.041** |
0.098ns |
1458.46** |
0.018ns |
0.98ns |
0.049ns |
8.98ns |
9 |
cultivar×stress |
|
0.036 |
0.036 |
12.67
|
265.50 |
1.08 |
0.011 |
0.015 |
0.011 |
0.014 |
0.032 |
10.43 |
0.014 |
0.179 |
694.29 |
0.020 |
1.89 |
0.039 |
11.13 |
57 |
Error |
|
7.96 |
6.36 |
5.38 |
18.75 |
12.34 |
9.50 |
9.65 |
11.12 |
14.76 |
6.83 |
11.46 |
14.12 |
9.56 |
14.12 |
13.19 |
12.50 |
9.68 |
7.98 |
|
CV (%) |
* و ** بهترتیب معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد میباشد * and ** represent significantly different at 5% and 1% of probability levels, respectively.
جدول 3- مقایسه میانگین اثر سطوح مختلف تنش شوری و ارقام بر صفات مطالعه شده در کلزا
Table 3. Mean comparison of the effects of salinity stress levels and cultivars on the studied traits in canola
|
Glycine Betaine (µmol.g fw-1) |
Electrolyte leakage (%) |
K+/Na+ |
K+(mg.g-1) |
Na+(mg.g-1) |
Osmotic Potential (MPa) |
LWP (MPa) |
Chlorophyll fluorescence |
SPAD |
Leaf Temperature (0C) |
Leaf Dry Weight (g) |
Number Leaf in Plant (no.) |
Plant Dry Weight (g) |
Plant Height (cm) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Stress levels |
|
1.03 |
62.78 |
18.64 |
36.88 |
1.98 |
-0.99 |
-1.05 |
0.8287 |
41.78 |
22.45 |
1.95 |
18.64 |
11.85 |
82.11 |
Control |
|
6.73 |
98.22 |
4.50 |
15.70 |
3.53 |
-1.49 |
-1.99 |
0.7545 |
38.12 |
26.67 |
1.56 |
14.50 |
8.58 |
65.46 |
Salinity stress (250mM) |
|
±5.70* |
±35.44** |
±14.14** |
±21.18** |
±1.55** |
±0.50** |
±0.94** |
±0.0742** |
±3.66** |
±4.22** |
±0.39** |
±4.14** |
±3.27** |
±16.65** |
Difference |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cultivars |
|
5.25a |
71.77cd |
15.63ab |
29.43a |
1.88ab |
-1.45a |
-1.14a |
0.8156a |
41.43a |
24.15b |
1.75ab |
17.56a |
9.98ab |
79.45a |
Cracker |
|
1.98ab |
86.49a |
8.25d |
21.22c |
2.58c |
-1.19b |
-1.85c |
0.7689b |
38.10c |
25.85c |
1.45b |
14.02c |
8.70b |
67.02b |
Sarigol |
|
4.67ab |
83.40abc |
11.62bc |
28.45ab |
2.45bc |
-1.23b |
-1.55b |
0.7990ab |
39.85b |
24.40b |
1.73ab |
14.45bc |
8.98b |
72.28ab |
Heros |
|
2.67ab |
83.15abc |
10.10c |
27.33ab |
2.37bc |
-1.24b |
-1.71bc |
0.7995ab |
39.95b |
24.15b |
1.71ab |
14.37bc |
8.99b |
71.53ab |
Olga |
|
2.23ab |
81.65abcd |
13.05b |
27.50ab |
2.11b |
-1.32ab |
-1.69bc |
0.7993ab |
39.55b |
24.35b |
1.69ab |
14.95bc |
9.95ab |
79.33a |
Option500 |
|
5.45a |
71.75cd |
11.25bc |
21.12c |
1.88ab |
-1.34ab |
-1.78c |
0.7684b |
38.01c |
24.76b |
1.53b |
14.08c |
9.03b |
72.67ab |
Comet |
|
6.58a |
70.88d |
16.80a |
29.23a |
1.76a |
-1.41a |
-1.19a |
0.8178a |
41.53a |
23.10a |
1.89a |
17.55a |
10.89a |
80.42a |
SW5001 |
|
2.90ab |
84.33ab |
11.26bc |
25.65b |
2.28bc |
-1.31ab |
-1.59b |
0.7899ab |
40.04b |
24.33ab |
1.56b |
16.58b |
10.09ab |
73.14ab |
Amica |
|
5.67a |
73.88bcd |
16.35a |
29.22a |
1.79a |
-1.43a |
-1.15a |
0.8195a |
41.44a |
23.12a |
1.90a |
17.63a |
10.03ab |
78.89a |
Hyola308 |
|
3.78ab |
81.43abcd |
12.28bc |
29.45a |
2.40bc |
-1.32ab |
-1.55b |
0.7895ab |
40.56ab |
25.56c |
1.55b |
16.59b |
9.93ab |
75.23ab |
Eagle |
* و ** بهترتیب معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد میباشد * and ** represent significantly different at 5% and 1% of probability levels, respectively.
از طرف دیگر، تحت شرایط تنش کمبود آب، هدایت روزنهای کاهش یافت که حاکی از بسته شدن روزنهها و جلوگیری از خروج آب به صورت بخارآب میباشد. با این حال، رقم SW5001 در شرایط تنش، بالاترین هدایت روزنهای را داشت درحالیکه کمترین مقدار این صفت مربوط به رقم Sarigol بود (جدول 3). برای این صفت نیز بین سطوح تنش، اختلاف معنیداری مشاهده شد (جدول 2). یکی از صفاتی که به‌عنوان معیار تحمل تنش شناخته شده است، هدایت روزنهای است که کاهش مقدار این صفت تحت شرایط تنش، حاکی از بسته شدن روزنهها و جلوگیری از خروج آب به صورت بخارآب میباشد. با این وجود و در شرایط تنش، مقدار این صفت در ارقام متحمل بیشتر از ارقام حساس میباشد (Jia & Gray, 2004).
اثر تنش شوری بر روابط یونی
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر تنش و رقم بر هر سه ویژگی مورد مطالعه شامل غلظت Na+، K+ و +Na/+K معنیدار بود ولی اثر متقابل رقم×شوری معنیدار نبود. معنیدار نشدن اثر متقابل، نشاندهنده پاسخ یونی یکسان ارقام در سطوح مختلف تنش بود (جدول 2). تنش شوری باعث ایجاد عدم تعادل در غلظتهای یونی میشود بهطوریکه با افزایش غلظت نمک کلرور سدیم، غلظت Na+ افزایش معنیدار یافت و در سطح شوری250 میلی مول، مقدار بیشتری نسبت به شاهد داشت. در مورد K+، روند غلظت عکس Na+ بود. نسبت +Na/+K در سطح شاهد، بیشتر از سطح شوری 250 میلی مول بود (جدول 3). با این‌که با افزایش شوری محیط، غلظت Na+ در تمام ارقام افزایش داشت و این افزایش در رقم Sarigol و سه رقم Heros، Eagle و Olga و Amica بیشتر از سایر ارقام بود، در مورد K+ و تحت تنش شوری محیط، ارقامSW5001، Hyola308، Cracker و Egale بیشترین غلظت را داشتند (جدول 3). در گیاهان تحت تنش، K+ به برگها انتقال داده میشود، درحالیکه Na+ به شکل یکنواختتری توزیع میشود. از این رو، نسبت +Na/+K در گیاهان واقع در شرایط نرمال، بیشتر از گیاهان تحت تنش میباشد و با افزایش شوری محیط، این نسبت کاهش مییابد (Pandey & Penna, 2017). بهترین وضعیت را از نظر این صفت، رقم SW5001 و نامطلوبترین وضعیت را رقم Sarigol داشت.
در بسیاری از مطالعات، اثرات یونی به تحمل تنش شوری ربط داده شده است (He & Cramer, 1993; Pandey & Penna, 2017 ). در ارقام کلزای مورد مطالعه، تحمل ارقام با میزان Na+ رابطه عکس داشت. در این راستا گزارش شده است که درجه تحمل شوری با انباشتگیNa+ همبستگی منفی دارد. این موضوع نشاندهنده درجه متفاوت تحمل بافتی یا سلولی نسبت به Na+ است. غلظت بالای این یون در برگها، عدم کارایی K+ و عکسالعمل نامناسب روزنهها را در پی دارد. به بیان دیگر، میزان بالای جذب Na+ با جذب عناصر دیگر بویژه K+ رقابت ایجاد میکند که منجر به کمبود K+ میشود (جدول 3). نتایج نشان دادند که یک مکانیسم انتقال یون برای Na+ وجود دارد که بر علیه تجمع K+ در ارقام میباشد. در گیاه تحت تنش، کاهش آماس سلولهای نگهدارندة روزنه میتواند از کمبود K+القا شود و از این رو، جذب انتخابی این یون، باعث تنظیم بهتر سلولهای روزنه و متابولیسم خواهد شد (He & Cramer, 1993). نسبت پایین +Na/+K، شاخص مسمومیت گیاه می باشد. زیرا Na+ فعالیت آنزیمهای وابسته به K+ را مختل میکند و در نهایت باعث کاهش رشد میشود (He & Cramer, 1993).
اثر تنش شوری بر روابط آبی
برای بررسی اثر تنش شوری بر روابط آبی، تراوش الکترولیتی، پتانسیل اسمزی، پتانسیل کل آب برگ و محتوای آب نسبی برگ مورد مطالعه قرار گرفت. تجزیه واریانس نشان داد که اثر شوری بر این صفات معنیدار بود و بین ارقام از نظر صفات فوق اختلاف معنیداری وجود داشت ولی اثر متقابل رقم×شوری برای این صفات، بجز محتوای آب نسبی برگ غیر معنیدار بود (جدول 2). در سطح شوری 250 میلی مول نمک، درصد تراوش الکترولیتی بالاتر از شاهد بود (جدول 3). مقایسه میانگینهای ارقام از لحاظ درصد تراوش الکترولیتی نشان داد که در ارقام حساس، درصد این صفت تحت تنش افزایش داشت (جدول 3). در مطالعه Nayyar (2003) نیز ژنوتیپ های حساس دارای مقادیر بالایی برای این صفت بودند. درصد تراوش الکترولیتی که مشابه شاخص پایداری غشا می باشد و در واقع هر دو به یک مفهوم می باشند، متأثر از خصوصیات غشا سلولی است. کاهش پایداری غشا یا همان افزایش درصد تراوش الکترولیتی، نشاندهنده میزان پراکسیداسیون لیپیدها توسط گونه های فعال اکسیژن میباشد (Chaparzadeh et al., 2003).
پتانسیل اسمزی در بین ارقام مورد مطالعه اختلاف معنیداری نشان داد و Cracker، Hyola308 و SW5001 به ترتیب کمترین (منفیترین) و Sarigol، Olgaو Comet بهترتیب بیشترین (مثبتترین) مقدار این صفت را در متوسط سطوح تنش نشان دادند. تنش شوری، پتانسیل آب برگ را از 99/0- مگاپاسکال در شرایط شاهد به 49/1- مگاپاسکال در شرایط تنش کاهش داد. این نتایج با گزارشات Moustafa et al. (1996) مطابقت دارد. دیگر محققان گزارش کرده اند که ارقام متحمل در مقایسه با ارقام حساس، از پتانسیل آب برگ بهتری برخوردارند (Musick et al., 1994). از طرف دیگر، کاهش پتانسیل آب و پتانسیل اسمزی برگ، مکانیسمهایی برای بقای گیاه به هنگام مواجه شدن با تنش کمبود آب محسوب میشوند (Chimenti et al., 2002).
کاهش در پتانسیل اسمزی، منجر به حفظ آماس سلولی تحت شرایط تنش میگردد. تنظیم اسمزی از طریق افزایش و تجمع نمکهای محلول در سلولهای گیاهی صورت میگیرد و مکانیسمی برای حفظ تورژسانس سلولی است و اثرات مخرب تنش آبی را در بافتهای مختلف تعدیل میکند. تنظیم اسمزی در نتیجه تجمع انواع محلولها در یک سلول در پاسخ به تنش صورت می گیرد. بنابراین تحت تنش ، پتانسیل اسمزی کاهش مب‌یابد و آب جذب سلول میشود و این امر باعث حفظ تورژسانس سلول میشود. از این رو، تنظیم اسمزی در ارقام متحمل بیشتر از حساس است (Pandey & Penna, 2017).
از طرف دیگر، مقدار آب نسبی برگ با افزایش تنش شوری کاهش نشان یافت (جدول 3) و تفاوت بین دو سطح تنش معنیدار بود. اگرچه بین ارقام کلزا از نظر این خصوصیت اختلاف معنیداری وجود داشت ولی بیشتر ارقام دارای مقدار آب نسبی برگ بالایی بودند (جدول 3). رقم SW5001 همراه با رقم Hyola308، ارقام برتر از لحاظ این ویژگی بودند و ارقام Sarigol، Option500 و Comet کمترین محتوای آب نسبی برگ را داشتند (جدول 3). گزارشهای مختلف نشان دادهاند که ژنوتیپ های متحمل به تنش شوری و خشکی، دارای مقدار آب نسبی برگ بیشتری نسبت به ژنوتیپ های حساس هستند (Morant-Manceau et al., 2004). در طی تنش، تعادل آب گیاهان به هم میخورد و در نتیجه محتوای آب نسبی برگ و پتانسیل آب برگ کاهش مییابد (Bajjii et al., 2001). گزارشهای متعدد نشان میدهند که ارقام متحمل به تنش نسبت به ارقام حساس، توانایی بالایی در حفظ محتوای آب نسبی برگ دارند (Martinez et al., 2004).
اثر تنش شوری بر صفات بیوشیمیایی
تجزیه واریانس (جدول 2) نشان داد که تولید پرولین و گلایسین بتائین تحت تأثیر تنش شوری قرار داشت و مقدار این صفات بر اثر تنش شوری افزایش یافت. اثر رقم بر تغییرات پرولین معنیدار بود ولی بر گلایسین بتائین غیرمعنیدار بود. در بین ده رقم کلزا، از لحاظ غلظت پرولین تفاوت معنیداری وجود داشت و با توجه به معنیدار بودن اثرمتقابل تنش در رقم، مقایسات میانگین در سطوح تنش بهطور جداگانه انجام شد ولی در مورد گلایسین بتائین، تفاوت بین ارقام غیرمعنیدار بود (جدول 2). مقایسه میانگینها (شکل 1) نشان داد که افزایش پرولین در ارقام SW5001، Cracker و Hyola308 بیشتر از سایر ارقام و در Sarigol، Option500 و Comet کمترین مقدار بود. در شرایطی که سلولها در معرض دهیدراسیون آرام قرار می گیرند، محلولهای سازگار کننده در سلولها تجمع مییابند و در نتیجه محتوای آب سلولی با وجود کاهش پتانسیل آبی بافت حفظ میشود. گونهها و ارقام مختلف با توجه به نوع محلولهایی که در خود انباشته میکنند، با یکدیگر فرق میکنند (Chaparzadeh et al., 2003; Saadia et al., 2012) و اسمولایتهایی که نقش مهمی در تنظیم اسمزی ایفا میکنند، وابسته به نوع گونه گیاهی هستند. پرولین و گلایسین بتائین، محلولهای سازگاری هستند که در پاسخ به تنش اسمزی انباشته میشوند و تجمع این محلولها، یک عکس العمل مهم سازشی است (Saadia et al., 2012).
شکل1-مقایسه اثرات متقابل معنیدار تنش×رقم بر صفات ارقام کلزای بهاره در دو شرایط شاهد و تنش شوری
Figure 1. Comparison of the significant effects of cultivar ×stress on spring canola cultivar traits under control and salinity stress conditions
گزارشهای مختلف نشان میدهند که میزان پرولین، یکی از مهم‌ترین معیارهای تحمل تنش در اغلب گونههای گیاهی است و همچنین گزارش شده است که میزان پرولین در ارقام حساس به شوری، یک تا یک سوم غلظت این اسمولایت در ارقام مقاوم میباشد (Verslues et al., 2007). در رابطه با میزان گلایسین بتائین که در بین ارقام اختلاف معنیداری نداشت، به نظر میرسد که بر خلاف پرولین، تولید این ماده و افزایش آن تحت تنش شوری، یک پاسخ غیراختصاصی است. در واقع نقشی که به گلایسین بتائین در رابطه با تنش شوری و القای مقاومت نسبت داده می شود، در این آزمایش و با این ارقام کلزا مشاهده نشد. اگرچه میزان این ماده تحت تنش شوری و با افزایش آن افزایش نشان داده بود. عدم دخالت گلایسین بتائین در تحمل تنش و اثر مثبت بر میزان رشد گیاه تحت تنش شوری در گونههای Brassica، Triticum، Agropyron و Elymus گزارش شده است (Makela et al., 1996; Khalid et al., 2015). این گزارشهای ضد و نقیض در رابطه با گلایسین بتائین میتواند بهواسطه شرایط مختلف آزمایشی و یا تفاوتهای واقعی بین گونهها و ژنوتیپهای گیاهی، در پاسخ به تنش شوری باشد. رابطه بین تجمع گلایسین بتائین و تحمل تنش وابسته به گونه و حتی وابسته به ژنوتیپ است.
تجزیه خوشه ای
تجزیه خوشه ای یکی از کاراترین روشهای آماری چند متغیره است که برای گروهبندی مشاهدات بر اساس چند متغیر به کار می‌رود. تجزیه خوشهای نه تنها روشی مناسب برای گروهبندی مشاهدات است، بلکه کارایی خوبی برای کاهش داده‌ها دارد (Sharma, 1996). در این راستا، دندروگرام حاصل از تجزیه خوشهای، ارقام را بر اساس صفات ارزیابی شده به سه گروه در شرایط شاهد و تنش شوری تقسیم کرد. همانگونه که در شکل 2 مشاهده میشود، در شرایط شاهد، ارقام Olga و Amica در گروه اول قرار گرفتند و دارای صفات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متوسطی بودند. در گروه دوم، ارقام Sarigol، Comet و Option500 قرار گرفتند که دارای حداقل مقادیر مطلوب برای اکثر صفات مورد مطالعه بودند. گروه سوم را ارقام SW5001، Hyola308 و Cracker، همراه با ارقام Heros و Eagle به خود اختصاص دادند و دارای حداکثر مقادیر مطلوب برای اکثر صفات مورد مطالعه بودند (شکل 2 و جدول 3).
شکل2- دندروگرام ارقام کلزای بهاره براساس صفات مورد مطالعه، با استفاده از روش Ward و برش توسط تابع تشخیص تحت شرایط شاهد
Figure2. Spring canola cultivars dendrogram based on studied traits using Ward method and cutting by discriminative function analysis under control condition
بر اساس شکل 3، برای شرایط تنش شوری، ارقام SW5001، Hyola308 و Cracker در گروه یک قرار گرفتند و دارای صفات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی با ارزش بالا بودند و به عنوان ارقام متحمل شناخته شدند. در گروه دوم، ارقام Olga، Eagle، Heros و Amica قرار گرفتند که از نظر اکثر صفات مورد مطالعه، وضعیت نسبتاً مطلوب و حد وسطی را نشان دادند و میتوان آنها را به عنوان رقم نیمه متحمل در نظر گرفت. خوشه سوم شامل ارقام Option500، Comet و Sarigol بود که دارای نامناسبترین جایگاه از نظر اکثر صفات بودند و میتوان این ارقام را حساسترین ارقام تحت تنش شوری به شمار آورد (شکل 3 و جدول 3).
شکل3- دندروگرام ارقام کلزای بهاره براساس صفات مورد مطالعه با استفاده از روش Ward و برش توسط تابع تشخیص تحت شرایط تنش شوری
Figure3. Spring canola cultivars dendrogram based on studied traits using Ward method and cutting by discriminative function under salinity stress condition
نتیجه گیری کلی
بر اساس نتایج بدست آمده، رقم SW5001 نسبت به سایر ارقام مورد مطالعه از لحاظ روابط یونی و آبی و تجمع محلولهای آلی تحت تنش شوری کلرید سدیم در وضعیت مطلوبتری قرار داشت و رقم Sarigol از این نظر، جایگاه نامطلوبی داشت. بنابراین به نظر میرسد که برای ایجاد جمعیتهای در حال تفرق و همچنین استفاده مستقیم از رقم SW5001 برای کشت در اراضی شور و در راستای حفظ صفات مرتبط با افزایش عملکرد در شرایط تنشزا، ایجاد تلاقی بین این دو رقم راهگشا است و توصیه میشود.
REFERENCES
REFERENCES
)
