تأثیر کاربرد سیتوکنین بر فتوسنتز، تبادلات گازی و عملکرد دانه گلرنگ (Carthamus tinctorius) در شرایط تنش خشکی

مقدمه

گلرنگ یکی از دانه ­های روغنی است که برای اهداف مختلفی کشت می‌شود؛ از بذرهای آن برای استخراج روغن و غذای پرندگان و از گل­های آن برای رنگرزی و به عنوان ادویه در غذا و تهیه­ چای و اهداف دارویی نیز استفاده می‌شود  (Emonoger, 2010). گلرنگ بومی ایران است و به دلیل سازگاری بالا با شرایط نامساعد، مقاومت به خشکی و شوری و همچنین داشتن روغنی با کیفیت، مورد توجه است؛ بنابراین در بین دانه­ های روغنی می­تواند تولید موفقیت ­آمیزی در مناطق خشک و خاک­های فقیر داشته باشد.(Basalama et al., 2008)   تنش خشکی که ناشی از عدم تعادل بین آب قابل دسترس در خاک و تبخیر از خاک است، موجب تغییرات زیادی در خصوصیات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی و نیز سبب کاهش عملکرد محصول می­شود (Hu et al., 2013). اولین پاسخی که گیاه هنگام قرار گرفتن در معرض تنش خشکی از خود نشان می­دهد، بسته شدن رورنه­هاست که باعث کاهش تبادلات گازی و در نتیجه کاهش فتوسنتز می‌شود (Armand  et al., 2016). کاهش محتوای رنگدانه­ های فتوسنتزی در اثر افزایش گونه ­های اکسیژن فعال و ایجاد تنش اکسیداتیو، از دیگر پیامدهای تنش خشکی است و حفظ محتوای رنگدانه­های فتوسنتزی از قبیل کلروفیل a، b و کارتنوئیدها در شرایط تنش خشکی، به ثبات فتوسنتز برگ کمک می­کند (Armand et al., 2016). از طرف دیگر، آبیاری در طول فصل رشد، تأثیر زیادی بر عملکرد­ دانه می‌گذارد،­ به‌طوری­ که همه فرآیندهای زایشی که در تعیین عملکرد دانه در گلرنگ نقش دارند، اعم از تشکیل گل­ها، تشکیل طبق ­ها، تشکیل دانه­ ها و پرشدن دانه­ ها، تحت تأثیر تنش رطوبتی قرار می­گیرد­ (Beyyavas et al., 2011). سیتوکنین ­ها گروهی از هورمون­ ها هستند که بر بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیک و نموی گیاه تأثیر می­گذارند و کنترل تقسیم سلولی، وظیفه­ اصلی این گروه از هورمون‌های گیاهی و مهم‌ترین عامل شناسایی آن­ها است.(Werner et al., 2010)  از طرف دیگر، مطالعات نشان می­دهد که سیتوکنین­ها، نقش بسیار مهمی در پاسخ به تنش‌های محیطی، میزان در گشودگی روزنه ­ها و تعرق در بسیاری از گیاهان دارند (Sayd et al ., 2010). با توجه به این­که محتوای سیتوکنین در شرایط تنش کاهش می­یابد (Werner et al., 2009)، افزایش غلظت این هورمون از طریق کاربرد خارجی (محلول­پاشی) ممکن است باعث تحمل گیاه در برابر تنش شود. تنش کم آبی در گیاهان تراریخته، بیوسنتز سیتوکنین را تحریک و اثرات نامطلوب کمبود آب را کاهش می‌دهد و با حفظ سرعت  فتوسنتز، سبب افزایش عملکرد در تنباکو (Rivero et al., 2009)، پنبه (Kuppu et al., 2013) و بادام زمینی (Qin et al., 2011) در شرایط تنش خشکی ­شده است. با توجه به اهمیت گلرنگ در تأمین امنیت غذایی، کاهش وابستگی به واردات دانه­ های روغنی و همچنین مقاومت بالای آن به شرایط نامساعد محیطی، تحقیقات روی سازگاری و قابلیت کشت گیاه گلرنگ در داخل کشور ضروری است. هدف از انجام این پژوهش، بررسی بهبود فتوسنتز، محتوی کلروفیل و افزایش عملکرد دانه با کاربرد سیتوکنین در دو شرایط آبیاری مطلوب و همچنین تنش خشکی بود.

مواد و روش­ها

این پژوهش در مزرعه­ تحقیقاتی دانشکده­ی کشاورزی دانشگاه زنجان، واقع در عرض جغرافیایی 36 درجه و 40 دقیقه­ ی شمالی و طول جغرافیایی 48 درجه­ و24 دقیقه­ی غربی و ارتفاع 1594 متری از سطح دریا در سال­ زراعی 98-97 به‌صورت آزمایش اسپیلیت فاکتوریل بر پایه طرح بلوک‌های کامل تصادفی در چهار تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل سطوح آبیاری (پتانسیل آب خاک 4/0- مگاپاسکال به‌عنوان تیمار شاهد و پتانسیل آب خاک 2- مگاپاسکال به­عنوان تیمار تنش خشکی) به‌عنوان فاکتور اصلی و فاکتورهای فرعی شامل پنج رقم گلرنگ (سینا، گلدشت، فرامان، پرنیان و محلی اصفهان) و محلول­پاشی با هورمون سیتوکنین (6-بنزیل آمینوپورین) در سه سطح (صفر (شاهد)، 50 و 75 میکرومولار) بودند شد (Mohammadi et al., 2014). ارقام مورد استفاده گلرنگ از مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه شد  رقم پرنیان، به­عنوان رقم اصلاح شده­ جدید برای اولین بار در منطقه­ زنجان کاشته شد. آماده‌سازی زمین در اسفند سال­  1397 و کاشت بذرها در بیستم فروردین انجام شد و بلافاصله آبیاری صورت گرفت. تا مرحله 50 درصد گلدهی، آبیاری در تمام کرت‌ها به‌صورت یکسان انجام شد و جهت اعمال تنش خشکی، آبیاری مربوط به کرت­های تنش خشکی در مرحله­ 50 درصد گلدهی قطع شد و قطع آبیاری تا رسیدن پتانسیل آب خاک به 2- مگاپاسکال ادامه  یافت (Contour- Ansel et al.,.2010) و سپس آبیاری مجدد انجام شد. بدین منظور، هر دو روز یک­بار از قسمت­های مختلف مزرعه به‌صورت تصادفی تا عمق 40 سانتیمتری، نمونه خاک تهیه و در داخل سیلندرهای فلزی قرار داده شد. سپس نمونه‌ها بلافاصله به آزمایشگاه منتقل شدند و وزن آن‌ها اندازه‌گیری شد. پس از توزین اولیه (وزن مرطوب خاک)، نمونه­ها به مدت 24ساعت در داخل آون با دمای 105 درجه سانتی­گراد قرار داده شدند و سپس دوباره وزن آن‌ها ثبت شد تا میانگین وزن خشک شده به‌دست آید. درصد رطوبت وزنی خاک از رابطه 1 به دست آمد (Alizadeh, 2002):

W % = [(W₁-W₂) ÷ W₂] × 100     رابطه 1

که در آن، W : درصد رطوبت وزنی خاک، W₁ : وزن خاک مرطوب و W₂ : وزن خاک خشک می­باشد.

جهت ترسیم منحنی رطوبتی خاک، نمونه­برداری صورت گرفت و پتانسیل آب خاک در رطوبت­های مختلف تعیین شد. سپس منحنی رطوبتی (درصد رطوبت وزنی و مکش خاک) رسم شد و با کمک این منحنی، پتانسیل­های مورد نظر محاسبه شد (شکل1). همچنین،تیمار شاهد هر هفته یک­بار آبیاری شد، به­گونه­ای که رطوبت خاک در محدوده رطوبت سهل­الوصول (18 تا 22 درصد رطوبت وزنی) حفظ شود. درصد وزنی رطوبت خاک مزرعه آزمایش در ظرفیت زراعی 33 درصد و در نقطه پژمردگی دائم 12 درصد تعیین شد (شکل1).

شکل 1- منحنی رطوبتی خاک محل انجام پژوهش

Figure 1. Soil moisture curve of the experimental site soil.

تیمار هورمون سیتوکینین در مرحله گلدهی و همزمان با اعمال تنش خشکی با غلظت­های اشاره شده (صفر(شاهد)، 50 و 75 میکرومولار) و سه بار، به فاصله پنچ روز یک­بار در هنگام غروب آفتاب اعمال شد. به­منظور کاهش کشش سطحی آب و در نتیجه جذب بهتر، مقدار پنج سی­سی ماده توئین 20 رقیق شده (01/0 درصد) به مخزن سمپاش (سمپاش پشتی- شارژی 20 لیتری با نام تجاری PROBACK وزن هفت کیلوگرم با فشار 4/0 و 15/0 مگا پاسگال و نوع نازل تلسکوپی استیل و نوع پاشش به­صورت مه پاش) اضافه شد. تیمار شاهد (غلظت صفر) شامل اسپری با آب مقطر بدون استفاده از هورمون سیتوکنین بود. پارامترهای مختلف تبادلات گازی شامل غلظت CO2 زیر روزنه‌ای، میزان تعرق، هدایت روزنه‌ای و سرعت فتوسنتز در اوج تنش خشکی، با استفاده از دستگاه تحلیل­گر گاز مادون قرمز
 (IRGA, model: LCA4, ADC Biosientific Ltd. Hoddeston, UK)  انجام شد. اندازه­گیری در ساعت ده تا 12 صبح و با شدت نور معادل 1400 - 1200 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه انجام شد. اندازه­گیری این متغیرها با انتخاب جوان­ترین برگ­های کاملاً توسعه یافته صورت گرفت.

 محتوی کلروفیل a، b و کل در زمان اوج تنش و با استفاده از روش Arnon (1949) محاسبه شد. کارایی کربوکسیلاسیون (CE) و کارایی مصرف آب فتوسنتزی  (PWUE)نیز از روابط 2و 3 محاسبه شد (Larcher,1995):

CE= غلظت/سرعت فتوسنتز co₂ درون روزنه­ای  رابطه 2                                             رابطه 2

PWUE =سرعت تعرق /سرعت فتوسنتز رابطه 3         

واحد اندازه‌گیری کارایی کربوکسیلاسیون (CE) و کارایی مصرف آب فتوسنتزی  (PWUE)، به‌ترتیب میلی­مول بر مول متر مربع بر ثانیه و میکرو مول دی‌اکسیدکربن بر میلی مول آب می‌باشد.

 برای اندازه­گیری عملکرد دانه نیز از مساحت دو متر مربع از سطح مرزعه برداشت و عملکرد دانه نیز محاسبه شد. تجزیه و تحلیل داده­ها به کمک نرم‌افزار ) SASنسخه (9.1انجام شد. میانگین­ها با آزمون چند دامنه­ای دانکن در سطح احتمال پنج درصد با هم مقایسه شدند و نمودار­ها نیز با استفاده از نرم‌افزار (2013) Excel رسم شد.

نتایج وبحث

غلظت CO₂ زیر روزنه­ای

اثر سطوح آبیاری (p≤0.05)، هورمون پاشی (p≤0.01) و اثر متقابل سطوح آبیاری و هورمون پاشی (p≤0.05) بر غلظت co₂ زیر روزنه­ای معنی دار بود (جدول1). غلظت CO₂ زیر روزنه­ای، نشان دهنده مصرف یا عدم مصرف دی‌اکسیدکربن در چرخه کلوین است و همچنین میزان آسیب به عوامل تثبیت کننده دی اکسیدکربن را نشان می­دهد.(Reddy et al., 2004) در پژوهش حاضر و در شرایط تنش خشکی، آسیب وارده شده به عوامل بیوشیمیایی تثبیت کننده­ دی‌اکسیدکربن سبب شد که اسیمیلاسیون دی‌اکسیدکربن کاهش و در نتیجه غلظت CO₂ زیر روزنه­ای افزایش یابد. کاربرد 75 میکرومولار هورمون سیتوکنین در تنش خشکی، باعث کاهش 7/13درصدی غلظت  CO₂زیر روزنه­ای نسبت به تیمار شاهد شد (شکل2) و این در حالی ‌ا­ست که در شرایط آبیاری مطلوب، کاربرد 75 میکرومولار سیتوکنین، باعث کاهش اندک و 07/0درصدی غلظت CO₂ زیر روزنه­ای نسبت به عدم کاربرد آن شد (شکل2). غلظت CO₂ زیر روزنه­ای کمتر در شرایط تنش خشکی، به مفهوم آسیب کمتر به دستگاه فتوسنتزی است. احتمالا کاربرد سیتوکنین، با افزایش هدایت روزنه­ای و نیز بهبود دستگاه فتوسنتزی، باعث کاهش غلظت CO₂ زیر روزنه­ای در هر دو شرایط آبیاری مطلوب و تنش خشکی شده است. گزارش شده است که استفاده از سیتوکنین، باعث کاهشCO₂  زیر روزنه­ای نسبت به تیمار شاهد می­شود که نشان می­دهد، گیاهان (خصوصا گیاهان سه کربنه) از CO₂  در جهت افزایش فتوسنتز استفاده می­کنند Chernyadev, 2009)). به­نظر می­رسد که کاربرد سیتوکنین با بهبود عملکرد دستگاه فتوسنتزی، باعث کاهش CO₂ زیر روزنه­ای و افزایش فتوسنتز در هر دو شرایط آبیاری مطلوب و تنش خشکی شده است (Werner et al., 2009). کاهش غلظت  CO₂زیر روزنه­ای در گیاهان تیمار شده با سیتوکنین­ها در مطالعات دیگری نیز گزارش شده است  .( Werner et al., 2009; Singh et al.,2012 )

میزان تعرق

اثرسطوح آبیاری (p≤0.05)، رقم  (p≤0.01)و هورمون پاشی (p≤0.05) بر میزان تعرق معنی­دار بود (جدول1). تنش خشکی باعث کاهش 30 درصدی میزان تعرق نسبت به آبیاری مطلوب شد(جدول2). گیاهان در شرایط تنش خشکی، روزنه­ها را بسته نگه می­دارند تا از هدر رفت آب جلوگیری شود؛ در نتیجه طبیعی به‌نظر می‌رسد که میزان تعرق در شرایط تنش خشکی، پایین­تر از شرایط آبیاری مطلوب باشد.

جدول 1- تجزیه واریانس صفات مختلف ارقام گلرنگ تحت تاثیر کاربرد غلظت های مختلف سیتوکنین در شرایط آبیاری مطلوب و اعمال تنش خشکی.

Table1. Variance analysis of different traits of safflower cultivars affected by different cytokine concentrations under optimal and drought stress conditions

Ns     ،^*و^**: به‌ترتیب نشان دهنده عدم تفاوت معنی دار و معنی‌داری در سطح احتمال پنج و یک درصد.

   Ns , *و**: Non significant and significant differences at 5% and 1% of probability levels, respectively.

شکل 2- اثر متقابل سطوح آبیاری و هورمون پاشی بر غلظت co₂ زیر روزنه­ای. میانگین­های دارای حروف مشابه، بر اساس  آزمون چند دامنه­ای

دانکن و در سطح احتمال پنچ درصد، تفاوت معنی­داری با یکدیگر ندارند.

Figure 2. Interaction effects of irrigation levels and hormone spraying on the intercellular CO2 concentration. Mean with the same letter(s) are not significantly different, according to Duncan’s multiple range tests at p≤0.05.

به عبارت دیگر، کاهش میزان تعرق در تیمارهای تحت تنش، احتمالا به دلیل بسته شدن روزنه­ها و کاهش هدایت روزنه­ای است. نتایج مطالعه­ای که روی گیاه نخود در سه مرحله­ نموی (گیاهچه­ای،گلدهی و غلاف­دهی) انجام شد، نشان داد که اعمال تنش خشکی شدید (25درصد ظرفیت زراعی)، میزان تعرق در هر سه مرحله نموی را کاهش داد .(Hosseinzadeh et al., 2015) در بین ارقام مورد مطالعه، رقم سینا و محلی اصفهان، به‌ترتیب با میانگین 53/5 و 28/5 میلی مول بر مترمربع بر ثانیه، بالاترین میزان تعرق و پرنیان با میانگین 30/4 میلی­مول بر مترمربع بر ثانیه، کمترین میزان تعرق را داشتند (جدول2). همچنین کاربرد غلظت­های مختلف سیتوکنین، باعث افزایش میزان تعرق نسبت به عدم کاربرد این هورمون شد (جدول2). بالاترین میزان تعرق با کاربرد 75 میکرومولار سیتوکنین به‌دست آمد که تفاوت معنی­داری با غلظت 50 میکرومولار نداشت (جدول2). کاربرد غلظت 75 میکرومولار سیتوکنین، باعث افزایش 28 درصدی میزان تعرق نسبت به عدم کاربرد آن شد (جدول4). احتمالا سیتوکنین­ها سبب باز نگه داشتن روزنه­ها از طریق کاهش سنتز اسید آبسیزیک شده است  .(Muraro, 2011)باز نگه داشتن روزنه­ها توسط گیاه می­تواند یک مزیت برای گیاه در نظر گرفته شود، چرا که در صورت باز بودن روزنه­ها، گیاه قادر به جذب مقدار بیشتری از آب و مواد غذایی خواهد بود  .(Reddy et al., 2004) محققان با مطالعه­ روی دو رقم گندم نشان دادند که تیمار سیتوکنین، باعث بهبود دستگاه فتوسنتزی و افزایش تعرق در شرایط تنش خشکی می­شود(Sarafraze ardakani et al., 2019).

هدایت روزنه­ای

اثر سطوح آبیاری (p≤0.05)، رقم  (p≤0.01)و هورمون پاشی (p≤0.05) بر این صفت معنی­دار بود (جدول1). تنش خشکی باعث کاهش 4/46 درصدی هدایت روزنه­ای نسبت به آبیاری مطلوب شد (جدول2). دلیل اصلی کاهش هدایت روزنه­ای در شرایط  تنش خشکی، کاهش تورژسانس سلول­های نگهبان اطراف منافذ روزنه­ها است (Reddy et al., 2004.). به عبارت دیگر، کاهش هدایت روزنه‌ای می­تواند به دلیل بسته شدن روزنه­ها در شرایط تنش خشکی باشد تا از این طریق تلفات آب به حداقل برسد. در مطالعات دیگری نیز کاهش معنی­­دار هدایت روزنه­ای در شرایط تنش خشکی در مقایسه با شرایط آبیاری مطلوب گزارش شده است.( Fariduddin et al., 2009)  رقم سینا و پرنیان، به‌ترتیب با میانگین 45/0 و 23/0بر متر مربع مول بر ثانیه، بیشترین و کمترین میزان هدایت روزنه ای را داشتند (جدول2). کاربرد

جدول 2- مقایسه میانگین صفات مختلف ارقام گلرنگ تحت تاثیر کاربرد غلظت های مختلف سیتوکنین در شرایط اعمال تنش خشکی.

Table 2. Mean comparison of different safflower cultivar traits affected by different cytokinin concentrations under optimal and drought stress conditions.       

میانگین­های دارای حرف مشابه در یک ستون، بر اساس آزمون چند دامنه­ای دانکن و در سطح احتمال، پنج درصد، تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند.

Means with the same letter(s) in the same column are not significantly different at 5% of probability level, according to Duncan multiple range test.

غلظت­های مختلف سیتوکنین، باعث افزایش هدایت روزنه­ای نسبت به عدم کاربرد آن شد وکاربرد 75 میکرومولار سیتوکنین، باعث افزایش 28 درصدی هدایت روزنه­ای نسبت به تیمار عدم کاربرد آن شد (جدول3). احتمالا کاربرد سیتوکنین از طریق باز شدن روزنه­ها و یا باز ماندن آن­ها و افزایش تعرق، سبب افزایش هدایت روزنه­ای شده است. کاهش بیشتر دی‌اکسیدکربن زیر روزنه­ای در تیمار سیتوکنین، باعث بهبود دستگاه فتوسنتزی و کاهش خسارات ناشی از تنش اکسیداتیو شده و در نتیجه باعث افزایش هدایت روزنه­ای شده است (Muraro, 2011).

جدول 3- مقایسه میانگین اثر متقابل سطوح آبیاری و رقم بر صفات مختلف ارقام گلرنگ در دو سطح آبیاری و غلظت­های مختلف سیتوکنین

Table 3. Mean comparisons of the interaction effects of irrigation levels and genotypes on different traits of   Safflower cultivars at two irrigation levels and different cytokinin concentrations

میانگین­های دارای حرف مشابه در یک ستون، بر اساس آزمون چند دامنه­ای دانکن و در سطح احتمال، پنج درصد، تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند. Means with the same letter(s) in the same column are not significantly different at 5% of probability level, according to Duncan multiple range test.

سرعت فتوسنتز

اثر سطوح آبیاری (p≤0.05)، رقم  (p≤0.01)، هورمون­پاشی (p≤0.05) و اثر متقابل سطوح آبیاری و رقم (p≤0.01) بر سرعت فتوسنتز معنی­دار بود (جدول1). رقم سینا هم در شرایط آبیاری مطلوب و هم در تنش خشکی، بیشترین سرعت فتوسنتز را داشت (جدول2). تنش خشکی در رقم های پرنیان، سینا، محلی اصفهان، فرامان و گلدشت به‌ترتیب باعث کاهش 6/34 و 6/39 ، 8/27، 5/34 ،7/79 درصدی سرعت فتوسنتز نسبت به آبیاری مطلوب شد (جدول3). علامت فوری تنش خشکی در گیاهان، بسته شدن روزنه­ها به صورت جزئی یا کامل است که علت اصلی کاهش جذب CO₂  می­باشد  .(Kumar et al., 2018)عامل اصلی کاهش فتوسنتز در شرایط تنش خشکی، بسته شدن روزنه‌ها و آسیب به مجموعه عوامل بیوشیمیایی تثبیت کننده دی‌اکسیدکربن است ( (Tang et al .,2017 و کاهش سرعت فتوسنتز در طول دوره تنش خشکی ممکن است صرف نظر از تأثیر عوامل روزنه­ای، به علت کاهش فعالیت روبیسکو، جلوگیری از واکنش­های فتوشیمیایی و کاهش محتوای کلروفیل برگ نیز باشد (Reddy et al., 2004).

کارایی کربوکسیلاسیون

سطوح آبیاری (p≤0.01)، هورمون­پاشی (p≤0.01) و اثر متقابل سطوح آبیاری و رقم (p≤0.01) بر کارایی کربوکسیلاسون معنی­دار بود (جدول1). اعمال تنش خشکی در رقم­های سینا، گلدشت، محلی اصفهان، پرنیان و فرامان، به‌ترتیب باعث کاهش 40 و 44، 17، 52 ،32 درصدی کارایی کربوکسیلاسیون نسبت به سطوح آبیاری مطلوب شد (جدول3). در شرایط آبیاری مطلوب، رقم فرامان و پرنیان به‌ترتیب با میانگین­های 055/0 و 057/0 میلی مول بر مترمربع بر ثانیه، بیشترین کارایی کربوکسیلاسیون بودند و رقم پرنیان، هم در شرایط آبیاری مطلوب و هم در تنش خشکی، کارایی کربوکسیلاسیون بالاتری نسبت به دیگر ارقام داشت و به نظر می­رسد که رقم پرنیان در بین ارقام مورد مطالعه، نسبت به تنش خشکی متحمل­تر باشد. بدیهی است کمبود آب با بسته شدن روزنه ها و افت تعرق و کاهش سرعت فتوسنتز، کاهش عملکرد را سبب می­شود (جدول3).

کارایی مصرف آب فتوسنتزی

 اثر سطوح آبیاری (p≤0.01)، رقم (p≤0.01) و اثر متقابل سطوح آبیاری و رقم (p≤0.01) بر کارایی مصرف آب فتوسنتزی معنی­دار بود (جدول1). تنش خشکی سبب کاهش 36 درصدی کارایی مصرف آب فتوسنتزی در رقم فرامان، 40 درصدی در گلدشت، 26 درصدی در پرنیان  و 13 درصدی در رقم سینا شد (جدول3). کمترین کاهش به رقم محلی اصفهان (04/0 درصدی) تعلق داشت )جدول3). کاهش کارایی مصرف آب در زمان تنش به این دلیل است که میزان کاهش فتوسنتز در این شرایط، بیشتر از کاهش تعرق بوده است. در شرایط تنش، میزان فتوسنتز بر اثر دو دسته عوامل روزنه­ای و غیر روزنه­ای کاهش می­یابد، درحالی که تعرق گیاه فقط به علت بسته شدن روزنه­ها کاهش می­یابد (Hamzehzarghani & Kazemeini, 2011).

محتوی کلروفیل a، b ، کل و کارتنوئید

اثر سطوح آبیاری (p≤0.05)، رقم(p≤0.01) و هورمون پاشی (p≤0.01)  بر محتوی کلروفیل  a، b و کل، اثر متقابل سطوح آبیاری و رقم (p≤0.05) برمحتوی کلروفیل  a، b  و کل و اثر متقابل سطوح آبیاری و هورمون­پاشی (p≤0.01) بر محتوی کلروفیل b معنی­دار بود (جدول1). اثر سطوح آبیاری (p≤0.05)  و رقم(p≤0.05)   نیز بر محتوی کارتنوئید معنی­دار بود (جدول2). تنش خشکی به‌ترتیب باعث کاهش 23 ، 17 و27) درصدی کلروفیل  a، b و کل در رقم فرامان، 61، 36 و37 درصدی در رقم گلدشت، 27، 08/0 و 23) درصدی در رقم محلی اصفهان، 19، 20 و 37 درصدی در رقم پرنیان و 18، 07/0 و 18 درصدی در رقم سینا شد (جدول 5). رقم سینا هم در شرایط آبیاری مطلوب و هم در تنش خشکی، بیشترین محتوی کلروفیل  a، b و کل شد (جدول3). همچنین تنش خشکی باعث افزایش 18 درصدی محتوی کارتنوئید نسبت به شرایط مطلوب آبیاری شد و در بین ارقام مورد مطالعه، رقم محلی اصفهان و سینا، بیشترین و گلدشت کمترین محتوی کارتنوئید را داشتند (جدول3). کاهش کلروفیل، یکی از علائم بارز تنش خشکی در برگ­ها است (Dawood & Sadak, 2014) که به نوعی بیانگر اختلال در کلروپلاست­هاست. کاهش غلظت رنگیزه­های فتوسنتزی از طریق کاهش فتوسنتز سبب افت عملکرد می­شود (Anjum et al., 2011). تنش خشکی می­تواند باعث تنش اکسیداتیو شود
  (Sadak, 2016)که این فرایند می­تواند نقش ویژه­ای در تخریب غشای سلولی و کلروپلاستی، کاهش مقدار رنگیزه­های فتوسنتزی و متعاقب آن کاهش توانایی فتوسنتز را داشته باشد. در این راستا، گیاهان قادرند با تولید ترکیبات آنتی­اکسیدانی نظیر آنتوسیانین­ها و کارتنوئیدها، از ساختارهای سلولی خود در برابر رادیکال­های فعال تولید شده در شرایط تنش محافظت کنند (Bettaieb et al., 2010). کاربرد 75 و 50 میکرومولار سیتوکنین در شرایط آبیاری مطلوب، به‌ترتیب باعث افزایش 44 و 17 درصدی و در شرایط تنش خشکی نیز به‌ترتیب باعث افزایش 23 و 10 درصدی محتوی کلروفیل b شد (شکل 3). تحقیقات اخیر، نشان دهنده تأثیر مطلوب سیتوکینین بر رنگیزه­های فتوسنتزی است. بهبود رنگیزه­های فتوسنتزی با کاربرد سیتوکینین تحت شرایط تنش در گیاه گندم (Sarfraz Ardakani, 2019; Zaheer et al., 2019) و بادمجان (Opabode & Owojori, 2018) بیانگر تأثیر مطلوب این هورمون در شرایط تنش خشکی است. علاوه بر این، کاربرد سیتوکینین منجر به تجمع کلروفیل شده و باعث تبدیل اِتیوپلاست­ها به کلروپلاست می­شود که برای حفظ سطح برگ سبز فعال فتوسنتزی بسیار مهم است (Kumari et al., 2018).

شکل 3- اثر متقابل سطوح آبیاری و هورمون پاشی بر محتوی کلروفیل b. میانگین­های دارای حروف مشابه، بر اساس آزمون چند دامنه­ای دانکن و در سطح احتمال پنچ درصد، تفاوت معنی­داری با یکدیگر ندارند.

Figure 3. Interaction effects of irrigation levels and hormone spraying on the chlorophyll b content. Means with the same letter(s) in the same column are not significantly different at 5% of probability level, according to Duncan multiple range test.

عملکرد دانه 

اثر سطوح آبیاری (p≤0.05)، رقم (p≤0.05)، هورمون­پاشی  (p≤0.01)و اثرمتقابل سطوح آبیاری و رقم (p≤0.01) بر عملکرد دانه معنی­دار بود (جدول1). رقم محلی اصفهان و پرنیان در شرایط مطلوب آبیاری به‌ترتیب با میانگین­های 1/ 3677 و 8/3677 کیلوگرم در هکتار) و در تنش خشکی به‌ترتیب با میانگین­های 9/2672 و6/2660کیلوگرم در هکتار، بالاترین عملکرد دانه را داشتند (جدول3). اعمال تنش خشکی باعث کاهش 2/41 درصدی در عملکرد دانه رقم فرامان، 2/35 درصدی در رقم سینا ، 4/36 درصدی در رقم پرنیان 35 درصدی در رقم گلدشت و 5/37 در رقم محلی اصفهان  شد (جدول3). تنش خشکی از طریق کاهش آب برگ و بسته شدن روزنه­ها، کاهش هدایت روزنه­ای و سرعت فتوسنتز و نیز کاهش غلظت کلروفیل، باعث کاهش تولید مواد فتوسنتری در گیاه و در نهایت منجر به افت عملکرد دانه شده است. بر اساس گزارشات، کاهش هدایت روزنه­ای در شرایط تنش خشکی، منجر به کاهش اسیمیلاسیون کربن و در نتیجه کاهش عملکرد دانه خواهد شد
 .(Dawood, 2018) کاهش عملکرد دانه گلرنگ بر اثر تنش خشکی توسط محققان دیگر نیز گزارش شده است  .(Ahmed & Suliman, 2010)عملکرد دانه گلرنگ در شرایط آبیاری مطلوب در ارقام مختلف یکسان بوده و تفاوت معنی­داری بین ارقام از لحاظ عملکرد دانه مشاهده نشد  و این درحالی­ست که در شرایط تنش خشکی عملکرد دانه به درجات مختلف کاهش یافته است (Tahmasbpoure et al., 2017) که با نتایج تحقیق حاضر هم­خوانی دارد

نتیجه­ گیری کلی

نتایج پژوهش حاضر، نشان دهنده اثرات نامطلوب تنش خشکی بر فتوسنتز، تبادلات گازی، محتوی کلروفیل و عملکرد دانه بود. تنش خشکی با تأثیر بر رنگیزه­های فتوسنتزی، سبب کاهش توان فتوسنتزی و عملکرد گلرنگ شد. در بین ارقام مورد مطالعه، رقم پرنیان هم در شرایط آبیاری مطلوب و هم شرایط تنش خشکی، بالاترین محتوی کلروفیل و سرعت فتوسنتز را به خود اختصاص داد. رقم محلی ­اصفهان نیز هم در شرایط آبیاری مطلوب (میانگین1/3677 کیلوگرم در هکتار) و هم تنش خشکی (میانگین9/2672 کیلوگرم در هکتار) بیشترین عملکرد دانه را داشت. کاربرد 75 میکرومولار سیتوکنین، باعث افزایش در فتوسنتز، بهبود تبادلات گازی و محتوی کلروفیل شد. بیشترین عملکرد دانه با کاربرد 75 میکرومولار سیتوکنین (میانگین 08/3196کیلوگرم در هکتار) در شرایط تنش خشکی به‌دست آمد. این مطلب بیانگر آن است که کاربرد 75 میکرومولار سیتوکینین با کاهش 7/13 درصدی دی‌اکسیدکربن زیر روزنه­ای، افزایش 23 درصدی کلروفیل b ،13 درصدی سرعت فتوسنتز و 1/34 درصدی عملکرد دانه در شرایط تنش خشکی و 8/27 درصدی عملکرد دانه در شرایط آبیاری مطلوب شده است. همچنین هورمون سیتوکنین با  تعدیل کردن اثرات نامطلوب تنش خشکی و با تأثیر مثبت بر صفات مرتبط با عملکرد، در نهایت سبب افزایش عملکرد دانه گلرنگ و سایر صفات مورد مطالعه شده است.

REFERENCES

1. Ahmed, F. E. & Suliman, A. S. H. (2010). Effect of water stress applied at different stages of growth on seed yield and water-use efficiency of cowpea. Agriculture and Biology Journal of North America, 1(4), 534-540.
2. Alizadeh, A. (2002). Irrigation System Design.( 8th Ed) (Revised). Ferdowsi University Press, 655p. (In Persian)
3. Anjum, S. A., Xie, X., Farooq, M., Wang, L., Xue, L., Shahbaz, M. & Salhab, J. (2011). Effect of exogenous methyl jasmonate on growth, gas exchange and chlorophyll contents of soybean subjected to drought. African Journal of Biotechnology, 10(47), 9647-9656.
4. Armand, N., Amiri, H. & Ismaili, A. (2016). Interaction of methanol spray and water‐deficit stress on photosynthesis and biochemical characteristics of Phaseolus vulgaris cv. Sadry. Photochemistry and Photobiology, 92(1), 102-110.
5. Arnon, D. I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris Plant physiology, 24(1), 1. -15
6. Basalma, D., Uranbey, S., Mirici, S. & Kolsarici, M. (2008). TDZ 9 IBA induced shoot regeneration from cotyledonary leaves and in vitro multiplication in safflower (Carthamus tinctorius). African Journal of Biotechnology, 7(8), 960–966.
7. Bettaieb, I., Hamrouni-Sellami, I., Bourgou, S., Limam, F. & Marzouk, B. (2011). Drought effects on polyphenol composition and antioxidant activities in aerial parts of Salvia officinalis Acta Physiologiae Plantarum, 33(4), 1103-1111.
8. Beyyavas, V., Haliloglu, H., Copur, O. & Yilmaz, A. (2011). Determination of seed yield and yield components of some safflower (Carthamus tinctorius) cultivars, lines and populations under the semi-arid conditions. African Journal of Biotechnology, 10(4), 527-534.
9. Cherniad'ev, I. (2009). The protective action of cytokinins on the photosynthetic apparatus and productivity of plants under stress (review). Prikladnaia Biokhimiia I Mikrobiologiia, 45(4), 389-402.
10. Contour-Ansel, D., Torres-Franklin, M. L., Zuily-Fodil, Y. & De Carvalho, M. H. C. (2010). An aspartic acid protease from common bean is expressed ‘on call’during water stress and early recovery. Journal of Plant Physiology, 167(18), 1606-1612.
11. Dawood, M. G. (2018). Improving drought tolerance of quinoa plant by foliar treatment of trehalose. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 19(5), 245-254.
12. Dawood, M. G. & Sadak, M. S. (2014). Physiological role of glycinebetaine in alleviating the deleterious effects of drought stress on canola plants (Brassica napus). Middle East J. Agric. Res, 3(4), 943-954.
13. Emongor, V. (2010). Safflower (Carthamus tinctorius) the underutilized and neglected crop: a review. Asian Journal of Plant Sciences, 9(6), 299-306.
14. Fariduddin, Q., Khanam, S., Hasan, S., Ali, B., Hayat, S. & Ahmad, A. (2009). Effect of 28-homobrassinolide on the drought stress-induced changes in photosynthesis and antioxidant system of Brassica juncea Acta Physiologiae Plantarum, 31(5), 889-897.
15. Hamzehzarghani, H. & Kazemeini, S. (2011). An analysis of the exponential family models to predict yield loss of safflower (Carthamus tinctorius) challenged with water stress and redroot pigweed (Amaranthus retroflexus L.). J.Agr.Sci.Teach,13, 989-1000.
16. Hosseinzadeh, S., Amiri, H. & Ismaili, A. (2016). Effect of vermicompost fertilizer on photosynthetic characteristics of chickpea (Cicer arietinum) under drought stress. Photosynthetica, 54(1), 87-92.
17. Hu, Y. Y., Zhang, Y. L., Yi, X. P., Zhan, D. X., Luo, H. H., Soon, C. W. & Zhang, W. F. (2014). The relative contribution of non-foliar organs of cotton to yield and related physiological characteristics under water deficit. Journal of Integrative Agriculture, 13(5), 975-989.
18. Kumari, S., Kumar, S. & Prakash, P. (2018). Exogenous application of cytokinin (6-BAP) ameliorates the adverse effect of combined drought and high temperature stress in wheat seedling. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 7(1), 1176-1180.
19. Kuppu, S., Mishra, N., Hu, R., Sun, L., Zhu, X., Shen, G. & Zhang, H. (2013). Water-deficit inducible expression of a cytokinin biosynthetic gene IPT improves drought tolerance in cotton. PLoS One, 8(5), 641-662.
20. Larcher, W. (1995). Physiological plant ecology (3th Ed.). Springer, Berlin, Heidelberg, New York.
21. Mohammadi, M., Tavakoli, A. & Saba, J. (2014). Effects of foliar application of 6-benzylaminopurine on yield and oil content in two spring safflower (Carthamus tinctorius) cultivars. Plant Growth Regulation, 73(3), 219-226.
22. Muraro, D., Byrne, H., King, J., Voß, U., Kieber, J. & Bennett, M. (2011). The influence of cytokinin–auxin cross-regulation on cell-fate determination in Arabidopsis thaliana root development. Journal of Theoretical Biology, 283(1), 152-167.
23. Opabode, J. T., & Owojori, S. (2018). Response of African eggplant (Solanum macrocarpon) to foliar application of 6-benzylaminopurine and gibberellic acid. Journal of Horticultural Research, 26(2), 37-45.
24. Qin, H., Gu, Q., Zhang, J., Sun, L., Kuppu, S., Zhang, Y. & Zhang, H. (2011). Regulated expression of an isopentenyltransferase gene (IPT) in peanut significantly improves drought tolerance and increases yield under field conditions. Plant and Cell Physiology, 52(11), 1904-1914.
25. Reddy, A. R., Chaitanya, K. V. & Vivekanandan, M. (2004). Drought-induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants. Journal of Plant Physiology, 161(11), 1189-1202.
26. Rivero, R. M., Shulaev, V. & Blumwald, E. (2009). Cytokinin-dependent photorespiration and the protection of photosynthesis during water deficit. Plant Physiology, 150(3), 1530-1540.
27. Sadak, M. S. (2016). Mitigation of drought stress on fenugreek plant by foliar application of trehalose. International Journal of Chemistry Technology Research, 9, 147-155.
28. Sarafraz, A. M. (2019). Effect of cytokinin and brassinosteroid on some biochemical and physiological traits of wheat cultivars under drought tension at generative stage. Scientific Journal of Crop Physiology, 11(43), 5-24.
29. Sayd, S. S., Taie, H. A. & Taha, L. S. (2010). Micropropagation, antioxidant, activity total phenolics and content of Gardenia Jasminoides ellis as affected by growth regulators. International Journal of Academic Research, 2(3) , 184–191.
30. Singh, A., Sangle, U. & Bhatt, B. (2012). Mitigation of imminent climate change and enhancement of agricultural system productivity through efficient carbon sequestration and improved production technologies. Indian Farming, 61(10), 5-9.
31. Tahmasbpour, B., Younessi-Hamzekhanlu, M., Mahdavisafa, D. & Sabzi Nojadeh, M. (2017). Grain yield performance of Carthamus tinctorius cultivars under water deficient condition. . Journal of Biodiversity and Environmental Sciences, 235-243.
32. Tang, Y., Sun, X., Wen, T., Liu, M., Yang, M. & Chen, X. (2017). Implications of terminal oxidase function in regulation of salicylic acid on soybean seedling photosynthetic performance under water stress. Plant Physiology and Biochemistry, 112, 19-28.
33. Werner, T., Nehnevajova, E., Köllmer, I., Novák, O., Strnad, M., Krämer, U. & Schmülling, T. (2010). Root-specific reduction of cytokinin causes enhanced root growth, drought tolerance, and leaf mineral enrichment in Arabidopsis and tobacco. The Plant Cell, 22(12), 3905-3920.
34. Werner, T. & Schmülling, T. (2009). Cytokinin action in plant development. Current Opinion in Plant Biology, 12(5), 527-538.
35. Zaheer, M. S., Raza, M. A. S., Saleem, M. F., Erinle, K. O., Iqbal, R. & Ahmad, S. (2019). Effect of rhizobacteria and cytokinins application on wheat growth and yield under normal vs drought conditions. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 50(20), 2521-2533.