Study the morphophysiological responses of promising Iranian new and natural trans chromsomal secondary tritipyrum cereal lines to Salinity conditions in Iran

مقدمه

تنش‌های محیطی، رشد و باروری گیاه را تحت تأثیر منفی قرار می‌دهند؛ در نتیجه محققین مجبورند تا باروری گیاهان را تحت چنین شرایطی جهت برآوردن تقاضای غذایی افزایش دهند. تنش‌های محیطی مثل شوری، خشکی، سرما و گرما، اثر منفی بر بقای گیاه، تولید زیست‌توده و عملکرد گیاهان که غذای موجودات زنده را تأمین می‌کنند، دارند. مطابق با تخمین فائو، بالغ‌ بر شش درصد زمین‌های جهان، متأثر از شوری هستند (FAO, 2015)؛ تنش شوری یکی از عمده فشارهای تحمیل شده بر گیاهان در جهت کاهش باروری آن‌هاست (Parihar et al., 2015). اگرچه محققان علوم گیاهی برای مقابله با این معضل و جهت توسعه گیاهان متحمل به شوری، به روش‌های ژنتیکی در درون گونه­های زراعی گیاهان متوسل شده‌اند (Munns et al., 2006).، اما به دلیل محدودیت تنوع ژنتیکی درون‌گونه‌ای، هنوز مکانیسم‌های بیوشیمیایی، فیزیولوژی و مولکولی تحمل به شوری در گیاهان به‌خوبی شناسایی نشده‌اند؛ از این رو توسعه گیاهانی با ساختار ژنی و به‌ویژه کروموزومی جدید به‌کندی پیش می‌رود (Lauchli & Grattan, 2007). یکی از راه‌های برون‌رفت از این محدودیت‌ها جهت افزایش تنوع ژنتیکی و کروموزومی، تلاقی‌های بین‌گونه­های زر‌اعی با گونه‌های خویشاوند و وحشی هر گونه زراعی است که گیاه جدید تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم (Tritipyrum) اولیه و ثانویه، مثال بارز این‌ گونه تلاقی‌های بین‌گونه‌ای و بین جنسی در خانواده غلات است که حاصل تلاقی بین گونه‌های دو جنس گندم نان و ماکارونی (پایه مادری) و علف شور ساحل یا گونه تینوپایرم بسارابیکوم وحشی (پایه پدری) از خویشاوندان وحشی گندم نان می‌باشد، که می‌تواند نویدی تازه در مقابله با شوری باشد (Shahsavand-Hassani, 2016). این تریتی‌پایرم به‌عنوان آمفی­پلوئیدی جدید و سومین تراریخت کروموزومی بعد از تریتیکاله و تریتوردیوم در خانواده غلات، می‌تواند غلظت 250 میلی مول نمک کلرورسدیم که معادل نیمی از شوری آب دریای آزاد مانند خلیج‌فارس است را تحمل کند ( King et al., 1997). ارقام هگزاپلوئید تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی، از تلاقی بین ارقام گندم دوروم و یک‌گونه علف شور پسند دیپلوئید تولید شده است و به‌عنوان یک گیاه زراعی جدید و مقاوم به تنش شوری در عرصه تحقیقات از دو دهه قبل دیده می‌شود ولی این غله مصنوعی نوظهور، در اوایل دارای معایب ناپایداری جزئی کروموزومی و باروری ناقص همانند تریتیکاله در ابتدای پیدایش خود به‌عنوان یک غله مصنوعی بود. همان‌گونه که صفات نامطلوب در آن گیاه به‌تدریج با کارهای اصلاحی مرتفع شد، در این غله هم غلبه بر این صفات با جایگزین نمودن کروموزوم‌های ژنوم D گونه گندم نان با کروموزوم‌های وحشی پایه پدری آن (E^b) جهت بهبود ژنتیکی لاین­های تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی، از تلاقی آن‌ها با ارقام گندم ایرانی میسر ‌شده است که نتاج حاصل تحت عنوان لاین­های تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی نامیده می‌شوند که جمعیت‌های متنوع و قابل‌توجهی برای انتخاب این گونه لاین­ها  تاکنون در ایران تولید شده‌اند (Shahsavand-Hassani, 2016).

گیاهان در مواجهه با تنش‌های محیطی، پاسخ‌های فیزیولوژیکی متفاوتی از خود نشان می‌دهند (Ludlow & Muchow, 1990) که اطلاع از روابط فیزیولوژیکی و عملکردی میان صفات می‌تواند برای اصلاحگران گیاهی در انتخاب صفات برای گزینش در برنامه‌های اصلاحی مفید باشد. اصولاً اصلاح برای مقاومت به تنش محیطی از طریق انتخاب با ادغام صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی برای مقاومت به تنش به‌عنوان راهی جهت انتخاب غیرمستقیم عملکرد در شرایط تنش،‌ به‌عنوان بهترین راه اصلاح عملکرد و پایداری آن تحت شرایط تنش از سریع‌ترین راه‌های تولید و رهاسازی  واریته­های جدید متحمل به تنش شمار می‌رود (Siddique et al., 2000).

مطالعه برخی صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی در مرحله رویشی گندم خارچیا (رقم گندم مقاوم به شوری) و لاین تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی Ka/b تحت سه غلظت شوری صفر، 17 و 32 میلی مولار نمک NaCl نشان داد که میزان پتاسیم، کلروفیل و محتوای نسبی آب در هر دو گیاه با افزایش غلظت نمک کاهش یافت ((Mirzaie-Pour et al., 2009. کاهش کلروفیل، حاکی از آسیب شوری بر فتوسنتز و ساختارهای فتوسنتزی است. به دلیل تنش اسمزی و یونی ناشی از شوری، گیاه مکانیسم‌های مختلفی نظیر تنظیم اسمزی برای تداوم جذب آب از طریق تجمع اسمولیت­ها و کنترل ورود سدیم و تجمع آن در واکوئل برای تحمل به شوری استفاده می‌کند. با این ‌وجود، تداوم تنش شوری می‌تواند منجر به کاهش کارایی سیستم فتوسنتزی در انتهای فصل رشد شوشود (Jenks et al., 2007). مطالعه رفتار زراعی 13 لاین تریتی‌پایرم تراریخت کروموزومی اولیه غیرایرانی در مقایسه با تریتیکاله و گندم زراعی در شرایط آب و هوایی استان کرمان نشان دادکه اگرچه لاین‌های تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی از عملکرد بیشتری به میزان 8/2 و 1/14 درصد بیشتر از تریتیکاله و گندم نان برخوردار بودند، اما ارتفاع این گیاهان نسبت به تریتیکاله و گندم نان کوتاه‌تر و دارای برگ پرچم با طول بیشتر بودند ((Kamyab et al., 2012. Izadi et al (2014) در مقایسه واریته‌های مختلف گندم و جو، با اندازه‌گیری صفات نسبت پتاسیم به سدیم، میزان پتاسیم، میزان پرولین و پروتئین و آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در نمونه‌های برگی گزارش نمودند که بالا بودن هر یک از صفات مذکور در جو در مقایسه با گندم، می‌تواند دلیل بر برتری این گیاه در شرایط شور در مقایسه با گندم باشد.Arzani  & Salehi(2011) به ارزیابی اثر تنش شوری بر صفات مورفوفیزیولوژیکی 18 لاین تریتیکاله در مقایسه با دو رقم گندم نان (روشن به‌عنوان رقم مقاوم به تنش خشکی و کویر به‌عنوان رقم مقاوم به شوری) پرداختند و برای این منظور، گیاهان تا اواسط دوره رشد با آب دارای هدایت الکتریکی یک دسی زیمنس بر متر و پس از آن با 16 دسی زیمنس بر متر آبیاری شدند. در هر دو محیط عدم تنش و تنش شوری، همبستگی معنی‌داری بین عملکرد دانه با سطح برگ پرچم، محتوای نسبی آب و وزن خشک پدانکل مشاهده شد.  

با توجه به افزایش روزافزون شوری آب و زمین‌های کشاورزی و لزوم استفاده از گیاهان مقاوم به سطوح مختلف شوری، این مطالعه با هدف مقایسه لاین­های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی با یک لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی و یک رقم گندم نان ایرانی بر اساس صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی انجام شد تا با تعیین پتانسیل تحمل به شوری این ژنوتیپ­ها، بتوان از آن‌ها در برنامه­های به زراعی آ­ن­ها برای معرفی آن‌ها به‌عنوان ارقام جدید متحمل به تنش‌های شوری متفاوت برای تولید دانه و علوفه در اراضی و آب‌های متاثر از تنش شوری تا هدایت الگتریکی 15 دسی زیمنس بر مترمرع با انجام آزمایشات تکمیلی VCU و  DUSدر پژوهش های آتی برای معرفی رقم بهره جست.

جدول 1-  اطلاعات شش لاین امیدبخش غله جدید و تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی، یک لاین تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی و رقم گندم نان ایرانی روشن به‌عنوان شاهد.

Table 1. The information of 6 Iranain promising trans chromosomal secondary tritipyrum lines, one non-Iranain promising trans chromosomal primary tritipyrum line and Iranian bread wheat cultivar (Roshan) as control

مواد و روش‌ها

جهت اندازه‌گیری محتوای نسبی آب ، از برگ پرچم پنج بوته از هر نمونه گیاهی در ساعت شش صبح نمونه‌برداری شد و برگ‌های جداشده از هر بوته، به‌طور جداگانه در کیسه‌های پلاستیکی قرار گرفتند و برای جلوگیری از کاهش آب، نمونه‌ها پس از قرار گرفتن روی تکه‌های یخ، سریعاً به آزمایشگاه منتقل شدند و وزن‌تر آن‌ها اندازه‌گیری شد. سپس جهت محاسبه وزن آماسیده، برگ‌ها در آب مقطر به مدت 18-16 ساعت در دمای اتاق و نور کم غوطه‌ور شدند و پس‌ از این مدت، نمونه‌ها به‌سرعت و با دقت با دستمال‌کاغذی خشک و وزن آماسیده آن‌ها اندازه‌گیری شد. در نهایت جهت اندازه‌گیری وزن خشک، نمونه‌ها به مدت 48 ساعت در دمای 70 درجه سانتی‌گراد در آون قرارداده شدند. محتوای نسبی آب (RWC) بر طبق فرمول زیر  محاسبه شد (Ritchii et al., 1990).

100× [ وزن خشک- وزن آماسیده/ وزن خشک – وزن‌تر ]= RWC%

برای تعیین عناصر معدنی سدیم و پتاسیم در برگ، از روش Qadra (1995) استفاده شد. ابتدا 1/0 گرم بافت خشک گیاهی توزین و خاکستر آن در کوره با دمای 550 درجه سانتی‌گراد به مدت هشت ساعت تهیه شد. سپس 10 میلی‌لیتر اسید هیدروکلریک (HCL ) دو مولار به آن اضافه شد. نمونه‌ها روی هیتر 80 درجه سانتی‌گراد قرار داده ‌شدند تا بخارات آن خارج شوشود. سپس نمونه‌ها از کاغذ صافی رد شدند و در بالن ژوژه 100 میلی‌لیتر به حجم رسانده شد. برای قرائت میزان سدیم و پتاسیم عصاره‌های آماده شده با دستگاه فلیم فتومتر، ابتدا دستگاه با محلول استاندارد کالیبره شد. پس از قرائت عصاره‌ها، مقدار خوانده شده با استفاده از منحنی استاندارد، تصحیح شد و با استفاده از روابط زیر بر حسب درصد محاسبه شد:

قرائت تصحیح‌شده × 0.05× 23= %Na

قرائت تصحیح‌شده 0.05× =%K

برای اندازه‌گیری محتوای کلروفیل، 2/0 گرم برگ تازه با 15 میلی‌لیتر استون 80 درصد ساییده شد تا بافت برگ به‌خوبی با استون مخلوط شود. پس از صاف کردن و سانتریفیوژ مخلوط حاصل، بلافاصله جذب محلول به‌دست‌آمده با دستگاه اسپکتروفتومتر مدل Carry 50 در طول موج‌های 80/646 و 20/663 نانومتر اندازه‌گیری شد و غلظت رنگیزه برحسب میلی‌گرم بر گرم وزن‌تر به دست آمد (Lichtenthaler, 1987).

با توجه به این‌که آزمایش نرمال و تنش شوری در دو محیط مجزا انجام شد، تجزیه واریانس داده‌ها به‌صورت مرکب با نرم‌افزار SAS  انجام شد

نتایج و بحث

نتایج تجزیه واریانس مرکب صفات مورد مطالعه نشان داد که تنش شوری، تاثیر معنی­داری بر تمامی صفات (به استثنای شاخص برداشت) داشت (جدول2 و 4). همچنین بین شش لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی و یک لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی(Cr/b )(Ka/b) و رقم گندم روشن،  تفاوت معنی‌داری از لحاظ تمامی صفات و از نظر آماری وجود داشت. اثر متقابل شرایط شوری × ژنوتیپ در تمام صفات فیزیولوژیک و صفات ارتفاع بوته، طول سنبله، تعداد پنجه کل و بارور، عملکرد دانه تک بوته، وزن هزار دانه و شاخص برداشت معنی‌دار بود (جدول 2 و 4).

تنش شوری سبب کاهش ارتفاع بوته شد، به‌طوری‌که میانگین ارتفاع بوته از06/91سانتی‌متر در شرایط نرمال به 41/73 سانتی‌متر در تنش شوری کاهش معنی‌داری یافت. در این میان، لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیر ایرانی (Ka/b)(Cr/b) و لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ×Ma/b  فلات، کمترین کاهش ارتفاع را نشان دادند، به‌طوری‌که تفاوت معنی‌داری بین ارتفاع آن در سطح تنش نرمال و شور مشاهده نشد. بیشترین کاهش ارتفاع در گندم اصلاح‌شده رقم روشن و لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه روشن× Az/b دیده شد. کاهش ارتفاع بوته در تنش شوری ممکن است نتیجه‌ توقف تقسیم سلولی و طویل شدن سلول‌ها باشد. از سویی، ژنوتیپ‌هایی در برابر شوری متحمل‌تر هستند که ارتفاع بیشتری داشته باشند (Haque, 2011). شوری به‌طورمعمول اثرات منفی خود را از طریق عدم دسترسی مناسب گیاه به آب، توزیع نامناسب مواد مغذی به سبب سمیت و یا کمبود یون‌ها، صرف بیش‌ازحد انرژی جهت تنظیم اسمزی و یا ترمیم سیستم‌های گیاهی بر رشد گیاه اعمال می‌کند و از این طریق، کاهش رشد را سبب می‌شود (Haque, 2011).

طول سنبله در محیط شور کاهش معنی‌داری یافت که با نتایجRazeghi Jahromi et al.  (2010) و Goudarzi &  Pakniyat (2008) مطابقت داشت. ژنوتیپ‌های موردبررسی از نظر طول سنبله در شرایط نرمال، تفاوت معنی‌داری با هم نداشتند. با اعمال تنش شوری، این صفت در رقم روشن به‌شدت کاهش یافت و بیشترین طول سنبله از لاین­های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه حاصل از تلاقی امید×(Ka/b)(Cr/b)، روشن× Az/b و لاین Ka/b)(Cr/b)) به‌دست آمد. علت کاهش طول سنبله، تأثیر سمیت یون‌های سدیم و کلر بر تمامی ویژگی‌های عملکردی است؛ زیرا افزایش جذب سدیم، باعث کاهش فتوسنتز و تقسیمات سلولی می‌شود و تأثیر آن بر ویژگی‌های عملکردی مشخص و بارز خواهد بود. تحت تنش شوری، تعداد پنجه کل و بارور کاهش معنی‌داری یافت (جدول 3). تأثیر کمتر شوری بر تعداد پنجه لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه Ka/b)(Cr/b))، مبین تحمل بیشتر این ژنوتیپ به شرایط شوری است. تفاوت معنی‌داری بین تعداد پنجه کل و بارور این لاین تحت شرایط نرمال و شوری مشاهده نشد.

جدول 2 - تجزیه واریانس صفات مورفولوژیک لاین­های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی تحت شرایط نرمال و شوری

Table 2. Variance analysis of the morphological traits of promising secondary trans chromosomal tritipyrum lines under normal and salin conditions

**، * وns: به‌ترتیب معنی‌دار در سطح یک و پنج درصد و غیر معنی‌دار.

                **,*, ns: significant at and 1% og probability levels and non-significant, respectively.

بیشترین کاهش تعداد پنجه در شرایط شوری، در گندم رقم روشن رخ داد. بر این اساس، در ارزیابی ژنوتیپ‌های متحمل می‌توان از صفت تعداد پنجه استفاده کرد، زیرا حفظ پنجه‌های بیشتر می‌تواند یک سازوکار تحمل به شوری در غلات باشد. با این ‌وجود و با توجه به پایین بودن وراثت این صفت، لازم است جهت گزینش ژنوتیپ­های برتر، از این صفت در کنار سایر صفات نیز استفاده نمود. Bhatti et al (2004) طی غربال 50 لاین گندم در شرایط تنش شوری، کاهش این صفت را با افزایش هدایت الکتریکی گزارش نمودند و علت آن را اثرات سمی نمک بر رشد گیاه عنوان کردند. Akbari Ghojdi et al (2010)، افزایش تحمل به شوری را مستلزم افزایش ظرفیت پنجه‌زنی گیاه در شرایط تنش عنوان کردند. با توجه به کاهش بیشتر تعداد پنجه در ژنوتیپ‌های حساس به شوری می‌توان این شاخص را به‌عنوان صفتی ساده و مناسب جهت ارزیابی تحمل به شوری لاین­های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی در برنامه‌های اصلاحی معرفی کرد.

در شرایط شوری، بیشترین کاهش شاخص برداشت در لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه حاصل از تلاقی شتردندان× Ka/b  مشاهده شد و در سایر لاین­های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه حاصل از سایر تلاقی‌ها، تفاوت معنی‌داری بین شاخص برداشت در محیط نرمال و تنش شوری وجود نداشت. شاخص برداشت بالاتر، نشان‌دهنده توانایی انتقال مواد بیشتر به اندام‌های زایشی است. تنش شوری، توانایی گیاه را برای تولید اسمیلیت کافی و انتقال آن‌ها به اندام زایشی کاهش می‌دهد (Heqeu, 2011).

وزن هزار دانه در  لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه حاصل از تلاقی شتردندان× Ka/b و رقم گندم اصلاح شده روشن در شرایط شور کاهش معنی­داری یافت. بیشترین وزن هزار دانه تحت شرایط شوری نیز مربوط به دو لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه حاصل از دو تلاقی نیک نژاد × (Ka/b)(Cr/b) و روشن × Az/b  بود. Shahsavand Hassani et al (2006) نیز گزارش نمودند که با افزایش EC، وزن هزار دانه کاهش می‌یابد. کاهش در تولید مواد فتوسنتزی و محدودیت در انتقال این مواد به دانه، از عوامل کاهش وزن هزار دانه طی تنش در مرحله پر شدن دانه می‌باشند.

جدول 3- مقایسه میانگین صفات مورفولوژیک لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی تحت شرایط نرمال و شوری.

Table 3. Mean compariosn of morphological traits of promising secondary trans chromosomal tritipyrum lines under normal and salin conditions.

شرایط شوری 15 دسی زیمنس بر مترمربع، با کاهش صفات ارتفاع، تعداد پنجه بارور، تعداد دانه در سنبله، طول سنبله و وزن دانه، اثر منفی خود را بر عملکرد دانه لاین‌های امیدبخش مورد مطالعه تریتی‌پایرم را گذاشت، به‌طوری‌که کمترین میزان کاهش عملکرد تحت شوری اعمال شده، به لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی ((Ka/b)(Cr/b)) و لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از تلاقی امید ×(Ka/b)(Cr/b) تعلق داشت. بیشترین نسبت کاهش عملکرد، از گندم رقم روشن به دست آمد.Razeghi Jahromi et al  (2010) نیز گزارش نمودند که اگرچه در بررسی مقایسه‌ای لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم غیرایرانی با ارقام اصلاح شده گندم و تریتیکاله تحت تنش شوری، همه صفات رویشی و زایشی کاهش یافتند، اما میزان این کاهش در آن‌ها نسبت به ارقام گندم و تریتیکاله کم‌تر بود که بیانگر مقاومت بیشتر آن‌ها نسبت به سایر ارقام و لاین‌های مورد مطالعه بود. 

تنش شوری سبب کاهش معنی‌دار محتوای نسبی آب در برخی ژنوتیپ ها شد (جدول 5)؛ اگرچه مقایسه میانگین‌ها نشان داد که در شرایط نرمال، تفاوت معنی‌داری بین همه ژنوتیپ‌ها از نظر محتوای نسبی آب وجود نداشت. با اعمال تنش شوری، تغییری در محتوای نسبی آب  لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی (Ka/b)(Cr/b) مشاهده نشد، اما کمترین محتوای نسبی آب، مربوط به لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از دو تلاقی  کتلیکوم× Ma/b و فلات× Ma/b بود که بیانگر حساسیت آن‌ها به تنش شوری نسبت به سایر لاین‌های تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از تلاقی دیگر است.

 با اعمال شوری، بیشترین مقدار سدیم برگ در لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از تلاقی فلات × Ma/b و گندم اصلاح شده روشن مشاهده شد. این در حالی است که در سایر لاین‌های امیدبخش تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از سایر تلاقی‌ها، با وجود افزایش میزان یون سدیم، تفاوت معنی‌داری بین شرایط نرمال و تنش شوری وجود نداشت. این نتایج نشان داد که لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از تلاقی لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه ایرانی مختلف با ارقام متفاوت گندم اصلاح شده ایران، در مواجه با هجوم یون‌های سدیم در طول دوره رشد خود، استراتژی‌های متفاوتی دارند و می‌توان نسبت به تولید لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی با مقاومت به شوری بالاتر در تحقیقات آتی بهره‌مند شد.

جدول 4- تجزیه واریانس صفات فیزیولوژیک لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی تحت شرایط نرمال و شوری.

Table 4. Variance analysis of the physiological traits of promising secondary trans chromosomal tritipyrum lines under normal and salin conditions.

**، * وns: به‌ترتیب  معنی‌دار در سطح احتمال یک و پنج درصد و غیر معنی‌دار.

 **,* and ns: significant at 1% and 5% of probability levels and non-significant, respectively.

گندم نان رقم روشن، بیشترین میزان کاهش در غلظت یون پتاسیم را در محیط شور نشان داد. این در حالی است که در لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه (Ka/b)(Cr/b) و امید×(Ka/b)(Cr/b)، افزایش غلظت پتاسیم دیده شد (جدول 5). در دو لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از دو تلاقی کتلیکوم× Ma/b و فلات× Ma/b در محیط شور، میزان سدیم افزایش و میزان پتاسیم نسبت به شرایط نرمال ثابت ماند؛ از این رو نسبت سدیم به پتاسیم در آن‌ها افزایش یافت. در سایر ژنوتیپ‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی و ثانویه ایرانی، با وجود افزایش میزان سدیم و کاهش پتاسیم در شرایط تنش شوری، این افزایش و کاهش نسبت به محیط نرمال معنی‌دار نبود؛ در نتیجه نسبت سدیم به پتاسیم در آن‌ها ثابت باقی ‌ماند. این در حالی است که در گندم رقم روشن، میزان سدیم به‌شدت افزایش و میزان پتاسیم کاهش یافت که منجر به افزایش دو برابری نسبت سدیم به پتاسیم در مقایسه با شرایط نرمال در آن شد. همچنین نسبت پتاسیم به سدیم در محیط شور در برخی ژنوتیپ‌ها کاهش یافت. کمترین کاهش نسبت پتاسیم به سدیم در لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از سه تلاقی امید

×(Ka/b)(Cr/b)، نیک‌نژاد×(Ka/b)(Cr/b)، روشن×Az/b و لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیر ایرانی ((Ka/b)(Cr/b مشاهده شد.

در شرایط نرمال، تفاوت معنی‌داری بین لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی از نظر محتوای کلروفیل a وجود نداشت، ولی با اعمال تنش شوری، محتوای کلروفیل a در برخی از آن‌ها، کاهش‌ معنی­داری یافت، به‌طوری‌که بیشترین میزان کلروفیل a، در لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از تلاقی امید×(Ka/b)(Cr/b) و لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی (Ka/b)(Cr/b) دیده شد. در مقایسه با شرایط نرمال، بیشترین افت کلروفیل a در گندم روشن دیده شد (جدول 4). همچنین تنش شوری سبب کاهش میزان کلروفیل b در گندم روشن دو لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از دو تلاقی کتلیکوم× Ma/b و فلات× Ma/b شد، اما در لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از سه تلاقی امید×(Ka/b)(Cr/b)، نیک نژاد×(Ka/b)(Cr/b)، روشن× Az/b و لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی (Ka/b)(Cr/b) تفاوت معنی‌داری بین میزان کلروفیل b در شرایط نرمال و تنش وجود نداشت (جدول 5). لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی (Ka/b)(Cr/b)، متحمل‌ترین ژنوتیپ‌ به تنش شوری  15 دسی‌زیمنس بر مترمربع بود، زیرا بیشترین میزان محتوای نسبی آب، کمترین میزان سدیم و بیشترین نسبت پتاسیم به سدیم و محتوای کلروفیل در این لاین مشاهده شد. پتاسیم نقش مهمی در افزایش تحمل گیاهان به تنش‌های زیستی و غیرزیستی ایفا می‌کند و به نظر می‌رسد که توانایی گیاه برای حفظ نسبت بالای پتاسیم به سدیم سیتوسولی برای تحمل گیاه حیاتی باشد (Shabala & Cuin, 2008). کاهش غلظت پتاسیم در برگ پرچم در شرایط تنش شوری، توسط Mirzaie-Pour (2010) نیز گزارش‌شده است. به گزارش این محقق، با افزایش سطح شوری، غلظت پتاسیم در لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی نسبت به رقم خارچیا، افت کمتری نشان داد. گونه‌های گیاهی علاوه بر تجمع یون سدیم، از لحاظ جذب و تجمع یون پتاسیم نیز تفاوت‌های ژنتیکی دارند.

در محیط شور، عملکرد دانه لاین‌ امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از تلاقی امید×(Ka/b)(Cr/b) از متوسط عملکرد بالاتری برخوردار بودند و نسبت به سایر ژنوتیپ­ها، کاهش کمتری در عملکرد از خود نشان دادند که نسبت به سایر ژنوتیپ‌های مورد مطالعه، از پایداری بیشتری نیز برخوردار بود. از این رو، ژنوتیپ‌های دارای توانایی بالاتر تجمع پتاسیم در برگ، نسبت به شوری متحمل‌تر هستند (Rascio et al., 2001). این نتیجه در مورد لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیرایرانی نیز صادق است. همچنین انتخاب پذیری K⁺/Na⁺  در بافت‌های گیاهی، به‌عنوان یکی از شاخص‌های مهم برای تفکیک گونه‌های متحمل از حساس به شوری گزارش‌شده است (Oyiga et al., 2016). این ویژگی به‌عنوان یکی از سازوکارهای فیزیولوژیکی مهم ایجاد تحمل به شوری در ژنوتیپ‌های متحمل، افت کمتری را با قرارگیری گیاهان در محیط شور نشان می‌دهد.

بر اساس این موضوع نیز می‌توان لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از سه تلاقی امید×(Ka/b)(Cr/b)، نیک نژاد×(Ka/b)(Cr/b)، روشن× Az/b و لاین امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم اولیه غیر ایرانی (Ka/b)(Cr/b) را به‌عنوان لاین‌های برتر متحمل به شوری معرفی نمود. Roudbari et al (2018) نیز لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از دو تلاقی امید×(Ka/b)(Cr/b) و  روشن×Az/b را به‌عنوان لاین­های مقاوم به سطح شوری 12 دسی زیمنس بر متر گزارش نمودند. پتاسیم با کاهش آثار نامطلوب تجمع سدیم، تعدیل پتانسیل اسمزی و محتوای آب نسبی، افزایش هدایت روزنه‌ای و نیز جلوگیری از کاهش محتوای کلروفیل، سبب حفظ فتوسنتز در شرایط تنش شوری می‌شود و از این طریق، کاهش آثار تنش شوری بر عملکرد دانه لاین‌های مذکور را در پی دارد. همچنین بررسی غلظت کلروفیل در شرایط تنش شوری، یکی از سازوکارهای انتخاب ارقام متحمل به شوری در گیاهان زراعی است (Bandeoglu et al., 2004). نتایج نشان داد که با اعمال تنش شوری، میزان کلروفیل a و b به‌طور معنی‌داری کاهش یافت.

جدول 5- مقایسه میانگین لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی برای صفات فیزیولوژی در شرایط نرمال و تنش شوری.

Table 5. Mean compariosn of the physiological traits of promising secondary trans chromosomal  tritipyrum lines under normal and salin conditions

میانگین‌های دارای حروف مشابه در هر ستون تفاوت معنی‏داری ازنظر آزمون چند دامنه‌ای دانکن در سطح پنج درصد ندارند.

Means within each column followed by the same letter are not significantly different (P = 0.05) according to Duncan's multiple range test.

دلیل کاهش میزان کلروفیل در شرایط تنش شوری می‌تواند افزایش تخریب این رنگیزه‌ها و یا کاهش ساخت آن‌ها و نیز اختلال در فعالیت آنزیم‌های مسئول سنتز رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی باشد. همچنین کاهش در پروتئین‌های غشایی خاص در شرایط تنش شوری، افزایش در فعالیت آنزیم کلروفیلاز و پراکسیداز، از عوامل دیگری می‌توانند باشند که در کاهش کلروفیل در شرایط تنش شوری نقش دارند. همچنین کاهش سبزینگی برگ ممکن است تا حدودی به خاطر کاهش جریان نیتروژن به بافت‌ها و تغییر در فعالیت آنزیم‌هایی مثل نیترات ریداکتاز باشد (Davoodifard et al., 2012).

گزینش بر اساس صفات فیزیولوژیک، به‌خوبی توانست لاین‌های امیدبخش تراریخت کروموزومی تریتی‌پایرم ثانویه ایرانی حاصل از دو تلاقی امید×(Ka/b)(Cr/b) و نیک نژاد×(Ka/b)(Cr/b) را به دلیل داشتن تحمل بالا به تنش شوری از سایر لاین‌های مجزا نماید و این لاین­ها جهت مطالعات تکمیلی به زراعی در برنامه‌های اصلاحی در مقایسه با ارقام معمول اصلاح شده گندم اصلاح شده بعد از انجام آزمایشات تعیین ارزش زراعی( VCU)و تعیین تمایز، یکنواختی و پایداری ( DUS) می توانند به­عنوان دو رقم جدید برای تولید دانه و علوفه در اراضی شور با هدایت الکتریکی 15 دسی زیمنس بر متر مربع توصیه شوند.

قدردانی

نویسندگان این مقاله بر خود لازم می‌دانند از دکتر حسین شاهسوند حسنی که بذرهای تمام نمونه‌های گیاهی مورد استفاده در این پژوهش به‌ویژه لاین‌های امیدبخش تریتی پایرم اولیه و ژرم پلاسم لاین‌های تریتی پایرم ثانویه را در اختیار این پروژه قرار دادند، تقدیر نمایندو همچنین از حمایت مالی صندوق حمایت از پژوهشگران جوان با شماره طرح (INSF: 96001122) برای انجام این پژوهش نیز تشکر و قدرانی می‌شود.

REFERENCES

1. Akbari Ghogdi, E., Izadi-Darbandi. A., Borzouei, A. & Majdabadi, A. (2011). Evaluation of morphological changes in some wheat genotypes under salt stress. Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture Soilless Culture Research Center, 1(4):71-83. (In Persian).
2. Bandeoglu, E., Eyidogan, F., Yucel, M. & Oktem, H.A. (2004). Antioxidant response of shoots and roots of lentil to NaCl Salinity stress. Plant Growth Regulation, 42, 69-77.
3. Bhatti, M. A., Zulfiqar, A., Bakhsh, A., Razaq, A. & Jamali, A. R. (2004). Screening of wheat lines for salinity tolerance. International Journal of Agriculture and Biology, 6, 627–628.
4. Davoodifard, M., Habibi, D. & Davoodifard, F. (2012). Effects of salinity stress on membrane stability, chlorophyll Content and yield components of wheat inoculated with plant growth promoting bacteria and humic acid. Iranian Journal of Agronomy and Plant Breeding, 8 (2), 71-86. (In Persian).
5. Goudarzi, M & Pakniyat, H. (2008). Evaluation of wheat cultivars under salinity stress based on some agronomic and physiological traits. Journal of Agriculture and Social Sciences, 4, 35-8.
6. FAO, 2015. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy. http://faostat.fao.org/default.aspx
7. Haque, E. (2011). Effect of salinity stress on growth and yield of wheat. M.Sc Thesis. Crop botany. Department of Crop Botany Bangladesh Agricultural University.
8. Izadi, M. H., Rabbani, J., Emam, Y., Pessarakli, M., & Tahmasebi, A. (2014). Effects of salinity stress on physiological performance of various wheat and barley cultivars. Journal of plant Nutrition, 37(4), 520-531.
9. Jenks, M. A., Hasegawa, P. M. & Jain, S. M. (2007). Advances in molecular breeding toward drought and salt tolerant crops. Springer. The Netherlands. 817 pp.
10. Kamyab, M., Shahsavand-Hassani, H. & Tohidinejad, E. (2012). Agronomic behavior of a new cereal (primary 6x tritipyrum: AABBE^bE^b) in comparison with modern triticale and Iranian bread wheat cultivars. Journalof Agricultural Science and Technology, 2, 38-51.
11. King, I. P., Law, C. N., Cant, K. A., Orford, S. E., Reader, S. M. & Miller, T. E. (1997). Tritipyrum, a potential new salt tolerant cereal. Plant Breeding, 116, 127-132.
12. Lauchli, A. & Grattan, G. (2007). Advances in molecular breeding toward drought and salt tolerance crops. Chapter1: Plant Growth and development under salinity stress. (Pp.1-32.) Springer Science.
13. Lichtenthaler, H. K. (1987). Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods in Enzymology, 148, 350-382.
14. Ludlow, M. M. & Muchow, R. C. (1990). A critical evolution of traits for improving crop yield in water- limited environmental. Advances in Agronomy, 42, 107- 153.
15. Mirzaie- Pour, S. (2009). The study of physiological characters in primary tritipyrum lines in comparison with wheat under salt stress.Sc Thesis, University of Kerman, Iran. (In Persian).
16. Munns, R., James, R. A., & Lauchli, A. (2006). Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals. Journalof the Society of Experimental Botany, 57(5), 1025–1043.
17. Oyiga, B. C., Sharma, R. C., Shen, J., Baun, M., Ogbonnaya, F. C. Leon, J. & Ballvora, A. (2016). Identification and characterization of salt tolerance of wheat germplasm using a multivariable screening approach. Journal of Agronomy and Crop Science, 1-14.
18. Parihar, P., Singh, S., Singh, R, Singh, V. P. & Prasad, S. M. (2015). Effect of salinity stress on plants and its tolerance strategies: A review. Environmental Science and Pollution Research. 22, 4056–4075.
19. Rascio, A., Russo, M., Mazzucco, L., Platani, C., Nicastro, G. & Di-Fonzo, N. (2001). Enhanced osmotolerance of a wheat mutant selected for potassium accumulation. Plant Science, 160, 441-448.
20. Razeghi-Jahromi, F., Shahsavand-Hassani, H. & Rezaei, A. H. (2011). Effect of salinity on yield and yield components of the primary lines of tritipyrum compared to wheat and triticale. Electronic Journal of Crop Production, 4, 1–16. (In Persian).
21. Ritchie, S. W., Nguyen, H. T. & Haloday, A. S. (1990). Leaf water content and gas exchange parameters of two wheat genotypes differing in drought resistance. Crop Science, 30, 105-107.
22. Roudbari, Z., Mohammadinejad, G. & Shahsavand-Hassani, H. (2017). Field screening of primary and secondary tritipyrum genotypes using selection indices based on BLUP under saline and normal conditions. Crop Science, 57, 1495-
23. Roudbari, Z., Mohammadinejad, G. & Shahsavand-Hassani, H. (2018). The Estimation of Breeding Value of Iranian Secondary Tritipyrum based on Stress Tolerance Indices by Best Linear Unbiased Prediction. Journal of Crop Breeding, 10(25), 101-109. (In Persian).
24. Salehi, M. & Arzani, A. (2011). Effect of salinity stress on morpho-physiological traits of triticale lines. Iranian Journal Crop Science. 13 (4), 697-711. (In Persian).
25. Shabala, S. & Cuin, T. A. (2008). Potassium transport and plant salt tolerance. Physiologia Plantarum, 133, 651-669.
26. Shahsavand-Hassani, H. (2016). Production of new cereal of primary and Iranian secondary tritipyrum.  In: Proceedings International symposium on role of plant genetic resources on reclaiming lands and environment deteriorated by human and natural action. Shiraz-Iran 16-20 May 2016.
27. Shahsevand-Hassani, H., Caligari, P. D. S., & Miller, T. E. (2006). Agronomical and adaptation characters of tritipyrum lines in comparison with triticale and Iranian wheat. Journal Plant Science, 5(3), 553-558.
28. Siddique, M. R. B., Hamid, A. & Islam, M. S. (2000). Drought stress effects on water relations of wheat. Botanical Bulletin Academic Sinica, 41, 35-39.