بخشی از مقاله
چکیده
گرمایش جهانی و بحران کمبود آب در سالهاي اخیر بخش کشاورزي را به طور وسیعی تحت تاثیر قرار داده است. این
آزمایش با هدف بررسی اثر تنش گرما بر گیاه چغندرقند در مراحل ابتدایی رشد به صورت کرتهاي خرد شده - تاریخهاي کاشت به عنوان کرت اصلی و ژنوتیپ به عنوان کرت فرعی - در قالب طرح بلوكهاي کامل تصادفی با شش تکرار در کرج اجرا شد. نتایج نشان داد که دماي بالا سبب کاهش کارآیی کوانتومی فتوسیستم گردید.
در تاریخ کاشت دوم - تنش گرما - میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز و کاتالاز افزایش یافت در حالی که از میزان فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز در شرایط تنش گرما کاسته شد. اکثر ژنوتیپها در تاریخ کاشت دوم میزان بیشتري از مالونديآلدهید را داشتند که نشانگر آسیب به غشاء سلول در این شرایط میباشد. همچنین همبستگی منفی بین کارآیی کوانتومی فتوسیستم و میزان مالونديآلدهید در ژنوتیپهاي چغندرقند مشاهده گردید. تنش گرما وزن تر برگ و کل بوته کاهش داد در حالی که اثر معنیداري بر وزن خشک نداشت. در کل به نظر میرسد که ژنوتیپهاي SHR.02.P4 و S1-92521 از مقاومت بیشتري نسبت به تنش گرما برخوردار بودند.
مقدمه
بر اساس گزارشها و مدلهاي پیشبینی، شرایط محیطی گرم و خشک در بسیاري از مناطق در حال گسترش است. تنش گرما یکی از مشکلات کشاورزي در دنیا است که باعث کاهش رشد و عملکردگیاهان زراعی به دلیل گستردگی پاسخ گیاهان به تغییرات فیزیولوژیکی، مورفولوژیکی و بیوشیمیایی میشود مکانیسمهاي تحمل به تنش گرما به طور کامل شناسایی نشدهاند و روشهاي غربال ژنوتیپهاي متحمل به طور کامل توسعه نیافته است. چغندرقند یک گیاه مهم تجاري است که تقریبا 35 درصد شکر جهان را تامین میکند. این گاه نیز همانند سایر گیاهان زراعی با تنشهاي زیستی و غیرزیستی در طول دوره رشد روبرو است که تولید را کاهش میدهد. بسته شدن روزنهها و افزایش دماي برگ به دنبال تنش گرما در گیاهان اتفاق میافتد.
صفتهایی از قبیل بیوماس، کاهش دماي کانوپی، شاخص سبزینگی برگ و کارآیی کوانتومی فتویستم 2 به عنوان صفتهاي قابل اعتماد براي غربال ژنوتیپهاي گندم مقاوم به گرما معرفی شدهاند . - 3 - هدف این تحقیق بررسی تاثیر تنش گرما در مرحله جوانهزنی و استقرار بر ژنوتیپهاي مختلف چغندرقند جهت شناسایی ژنوتیپهاي متحمل جهت استفاده در تولید ارقام متحمل به گرما میباشد.
مواد و روشها
این آزمایش به صورت کرتهاي خرد شده در قالب طرح بلوكهايکاملتصادفی با شش تکرار در مزرعه تحقیقاتی چغندرقند کرج - عرض جغرافیایی 35 درجه و 59 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 51 درجه و 6 دقیقه شرقی و ارتفاع از سطح دریا به میزان 1300 متر - انجام شد. عوامل آزمایش شامل دو تاریخ کاشت به موقع - هفتم اردیبهشت - و تاریخ کاشت با تاخیر - پنجم تیرماه - و هشت ژنوتیپ شامل S1-92521، S1-92615، S1-92685، SB26، SHR.02.P4، SB33-H-1، O.T 607 و 31714 بود. براي هر کرت 3 خط به طول 8 متر با فاصله بین ردیف 50 سانتیمتر و فاصله روي ردیف 20 سانتیمتر - تراکم 10 بوته در متر مربع - صورت گرفت.
در مرحله دو برگی مزرعه تنک شد و تراکم مورد نظر حاصل شد. آبیاري در دو منطقه به صورت نشتی بر اساس 90 میلیمتر تبخیر از تشتک تبخیر کلاس A موجود در مزرعه تحقیقات صورت گرفت و هیچگاه گیاه با شرایط تنش خشکی مواجه نشد. ژنوتیپها تا مرحله 6-8 برگی رشد کردند و سپس صفتهاي مختلف مورد اندازهگیري قرار گرفت. کارآیی کوانتومی فتوسیستم 2 در زمان نمونهبرداري با استفاده از دستگاه
بعد از ساعت 11 اندازهگیري شد نمونهبرداري جهت بررسی خصوصیتهاي بیوشیمیایی در مرحله 8-6 برگی از برگ شماره پنج و شش صورت گرفت. میزان فعالیت آنزیمهاي سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز و همچین میزان مالونديآلدهید بر اساس روشهاي مربوطه اندازهگیري شد. وزن تر برگ و کل بوته پس از برداشت و انتقال به آزمایشگاه اندازهگیري شد. وزن خشک نیز پس از قرار دادن نمونهها به مدت 72 ساعت در آون الکتریکی و در دماي 75 درجه سانتیگراد اندازهگیري شد. سطح برگ به وسیله دستگاه اندازهگیري سطح برگ - Delta- T Devices - LTD, Burwell, Cambridge, England محاسبه گردید.. تجزیه آماري با استفاده از نرمافزار SAS v9.1 انجام شد.
نتایج و بحث
اثر اصلی تاریخ کاشت و ژنوتیپ بر صفت کارآیی کوانتومی فتوسیستم 2 در منطقه کرج معنیدار بود در حالیکه اثر متقابل آنها معنیدار نبود. تنش گرما این صفت را در ژنوتیپهاي چغندرقند کاهش داد 0/185 - در شرایط تنش در مقایسه با 0/340 در شرایط شاهد - . ژنوتیپ O.T. 607 درحالیکه با ژنوتیپ S1-92521 فاقد اختلاف آماري معنیدار بود، بیشترین مقدار کارآیی کوانتومی فتوسیستم 2 را داشت - شکل . - 1 کارآیی کوانتومی فتوسیستم 2 حساسترین صفت در شرایط تنش گرما است - 4 - و مقدار آن در تاریخ کاشت دوم نسبت به تاریخ کاشت اول کاهش یافت - شکل . - 1 مقادیر بالاتر این صفت منجر به فتوسنتز خالص بیشتر تحت تنش گرما میشود .
اثر ژنوتیپ و تاریخ کاشت بر وزن تر برگ و کل بوته معنیدار بود. ژنوتیپ SHR.02.P4 بیشترین وزن تر برگ، و کل بوته - به ترتیب 502/62 و 713/24 گرم بر متر مربع - را داشت. کمترین مقدار وزن تر مربوط به ژنوتیپ S1-92615 بود و با سایر ژنوتیپها اختلاف آماري معنیداري داشت. شرایط شاهد در مقایسه با تنش، وزن تر برگ و کل بوته بیشتري داشت
اثر ژنوتیپ بر وزن خشک برگ و کل بوته معنیدار بود درحالیکه اثر تاریخ کاشت بر این صفتها معنیدار نبود.
بهنظرمیرسد تنش گرما آب گیاه را به میزان زیادي کاهش میدهد. بیشترین وزن خشک برگ و کل بوته از ژنوتیپ
SHR.02.P4 - به ترتیب 18/69 و 75/48 گرم بر متر مربع - و کمترین آنها از ژنوتیب S1-92685 - به ترتیب 7/28 و 33/15 گرم بر متر مربع - حاصل گردید. در شرایط تنش در مقایسه با شرایط شاهد، مقدار وزن خشک برگ و کل بوته کاهش یافت
- جدول . - 1 اثر تاریخ کاشت و ژنوتیپ بر شاخص سطح برگ معنیدار بود. شرایط شاهد - 0/68 - در مقایسه با شرایط تنش - 0/58 - شاخص سطح برگ بالاتري داشت. ژنوتیپ SHR.02.P4 با میانگین 0/78درحالیکه با چهار ژنوتیپ دیگر فاقد اختلاف آماري معنیدار بود، بیشترین مقدار این صفت و ژنوتیپ - 0/36 - S1 -92615 کمترین مقدار را داشتند
اثر متقابل تاریخ کاشت×ژنوتیپ بر میزان فعالیت آنزیمهاي آنتیاکسیدانت شامل سوپراکسید دیسموتاز - SOD - ، کاتالاز - CAT - و آسکوربات پراکسیداز - APx - در سطح احتمال یک درصد معنیدرا بود. بیشترین افزایش میزان فعالیت آنزیم SOD در شرایط تنش نسبت به شاهد، مربوط به ژنوتیپ 13/84 - S1 -92521 درصد - بود و ژنوتیپ 10/08 - SB33-H-1 درصد - در رتبه بعدي قرار گرفت.
ژنوتیپهاي 30/06 - S1-92615 درصد - و 25/61 - S1 -92685 درصد - از نظر میزان فعالیت آنزیم SOD کاهش نشان دادند - شکل 2 الف - . ژنوتیپ S1-92615 بیشترین میزان فعالیت آنزیم CAT را در تاریخ کاشت اول نشان داد درحالیکه ژنوتیپهاي S1-92685، 31714 و S1-92521 کمترین میزان فعالیت این آنزیم را داشتند. در تاریخ کاشت دوم، ژنوتیپهاي SB26، SB33-H-1، S1-92521 و S1-92685 بیشترین و ژنوتیپ O.T 607 کمترین میزان فعالیت آنزیم CAT را به خود اختصاص دادند. میزان فعالیت پنج ژنوتیپ چغندرقند در تاریخ کاشت دوم نسبت به تاریخ کاشت اول افزایش یافت،
درحالیکه ژنوتیپهاي SHR.02.P4، O.T 607 و S1-92615 داراي روند کاهشی بودند - شکل 2 ب - . روند کاهشی در میزان فعالیت آنزیم APx در تاریخ کاشت دوم نسبت به تاریخ کاشت اول مشاهده گردید. بیشترین و کمترین میزان فعالیت آنزیم APx در تاریخ کاشت اول به ترتیب مربوط به ژنوتیپها بود. ژنوتیپهاي SB26 و O.T 607 تفاوت معنیداري از نظر میزان فعالیت این آنزیم در هر دو تاریخ کاشت با یکدیگر نداشتند
فعالیت آنزیم APx با کارآیی کوانتومی فتوسیستم 2 ارتباط مثبت و معنیداري داشت . - R= 0.50** - میزان فعالیت این آنزیم به عنوان یک مهارکننده گونههاي فعال اکسیژن در کلروپلاست در تاریخ کاشت اول بیشتر بود و در تاریخ کاشت دوم به دلیل تنش گرما کاهش یافت. مهار ROS به وسیله APx داراي نقش کلیدي در تنش اکسیداتیو است و حتی مقدار اندك آن نیز کافی است. این آنزیم تبدیل آب اکسیژنه به آب را کاتالیز میکند.
شکل .1 اثرهاي اصلی تاریخ کاشت - الف - و ژنوتیپ - ب - بر صفت کارآیی کوانتومی فتوسیستم .2 ستونهاي همرنگ که داراي حروف مشترك هستند، فاقد اختلاف آماري معنیدار در سطح احتمال پنج درصد بر اساس آزمون حداقل اختلاف معنیدار - LSD - میباشند.
نتایج تجزیه واریانس صفت محتواي مالونديآلدهید - MDA - نشان داد که اثر متقابل ژنوتیپ×تاریخ کاشت در سطح احتمال یک درصد بر این صفت معنیدار بود. اکثر ژنوتیپهاي چغندرقند در تاریخ کاشت دوم محتواي MDA بیستري نسبت به تاریخ کاشت اول داشتند. محتواي MDA ژنوتیپ S1-92685 در تاریخ کاشت اول - µ mol mg-1 protein 83/28 - نسبت به سایر ژنوتیپها بیشتر بود وبه طور معنیداري در تاریخ کاشت دوم - µ mol mg-1 protein 69/56 - کاهش یافت. محتواي MDA ژنوتیپهاي S1-92615 و SB33-H-1 افزایش معنیداري در تاریخ کاشت دوم نسبت به تاریخ کاشت اول نداشتند.
بیشترین میزان افزایش محتواي MDA در تاریخ کاشت دوم نسبت به تاریخ کاشت اول به ترتیب مربوط به ژنوتیپهاي S1-92521، SHR.02.P4، SB26، 31714، O.T 607، SB33-H-1، S1-92615 و S1-92685 بود
