نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکترای فیزیولوژی گیاهی دانشگاه تبریز
2 عضو هیئت علمی دانشگاه تبریز
3 عضو هیئت علمی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز
4 عضو هیئت علمی دانشکده علوم طبیعی دانشگاه تبریز
چکیده
تنش خشکی رایجترین تنش غیرزیستی در ایران است و بیشترین اثر منفی را بر رشد و تولید گیاهان دارد. پلیآمینها، تنظیمکننده-های رشد گیاهان هستند و مقاومت آنها را به تنشهای محیطی مانند خشکی افزایش میدهند. در این پژوهش اثر غلظتهای مختلف پوتریسین+اسپرمین (به ترتیب 0+0، 40+40، 40+60 و 60+40 میکرومولار) بر برخی ویژگیهای فیزیولوژیک گیاه گلرنگ (Carthamus tinctorius L.) تحت آبیاری مطلوب (% 100 ظرفیت زراعی) و آبیاری محدود (%40 ظرفیت زراعی) مورد بررسی قرار گرفت. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار در گلخانه دانشگاه تبریز انجام گرفت. بدون کاربرد پلیآمینها، خشکی سبب کاهش معنیدار شاخصهای رشد، محتوای آب نسبی، رنگیزههای فتوسنتزی، غلظت پروتئین محلول کل برگ و افزایش غلظت پرولین آزاد برگ و قندهای محلول اندام هوایی گردید. کاربرد برگی 60 میکرومولار پوتریسین و 40 اسپرمین بیشتر این صفات را در برگها به ویژه تحت شرایط تنش افزایش داد. کاربرد پلیآمینهای برون زا میزان پرولین آزاد برگ را احتمالا به دلیل افزایش غلظت کلروفیل کاهش داد. کاهش انباشت اسمولیتهای سازگار نظیر پرولین آزاد در ریشه و قندهای محلول در برگ با تیمارهای 40+40 میکرومولار و 40+60 میکرومولار از پوتریسین+اسپرمین (به ترتیب) میتواند به دلیل نقش پلیآمینها به عنوان اسمولیت و همچنین پاک کننده رادیکالهای آزاد اکسیژن باشد. در مجموع نتایج نشان میدهد که اسپری برگی 60 میکرومولار پوتریسین و 40 اسپرمین میتواند برخی اثرات مخرب تنش خشکی را بر شاخصهای فیزیولوژیک گیاه گلرنگ کاهش دهد.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Effects of exogenous polyamines on some growth and physiological parameters of spring safflower (Carthamus tinctorius L.) under drought stress
نویسندگان [English]
1 PhD student in university of Tabriz
2 Academic member in university of Tabriz
3 Academic member in University of Tabriz
4 Academic member in University of Tabriz
چکیده [English]
Drought stress is the most prevalent abiotic stress in Iran and has highest negative effect on plant growth and productivity. Polyamines are plant growth regulators that enhance resistance of plants to environmental stresses such as water deficit. In this research, effects of putrescine + spermine with different concentrations of 0 + 0, 40 + 40, 40 + 60, and 60 + 40 µM (respectively) on some of the physiological characters of spring safflower under well-watering (100% FC) and limited-watering (40% FC) were studied. The experiment was arranged as factorial based on completely randomized block design with three replications in a greenhouse at the University of Tabriz. Without polyamines application, water deficit decreased growth parameters, leaf relative water content, photosynthetic pigments, and soluble protein in the leaves. Proline and soluble sugar contents of leaf increased under water deficit. Foliar application of 60 µM putrescine + 40 µM spermine improved most of these traits in the leaves, particularly underwater stress conditions. However, exogenous polyamines reduced leaf proline content probably due to increase in chlorophyll content. Reduction in compatible osmolytes such as free proline in root and soluble sugars in leaf with application of 40 + 40 and 40 + 60 µM of putrescine + spermine (respectively) could be due to polymines role as osmolyte as well as ROS scavenger. These results suggest that foliar spray of polyamines can potentially mitigate some of the harmful effects of drought stress and physiological performance of spring safflower.
کلیدواژهها [English]
اثر پلیآمینهای برونزا بر برخی شاخصهای رشد و فیزیولوژیک گیاه گلرنگ
(Carthamus tinctorius L.) تحت تنش کمآبی
ژیلا توپچی خسروشاهی1، سید یحیی صالحی لیسار*1، کاظم قاسمی گلعذانی2 و روح اله متفکر آزاد1
1 ایران، تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده علوم طبیعی، گروه علوم گیاهی
2 ایران، تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه اکوفیزیولوژی تبریز
تاریخ دریافت: 8/12/96 تاریخ پذیرش: 18/7/97
چکیده
تنش خشکی رایجترین تنش غیرزیستی در ایران است و بیشترین اثر منفی را بر رشد و تولید گیاهان دارد. پلیآمینها، تنظیمکنندههای رشد گیاهان هستند و مقاومت آنها را به تنشهای محیطی مانند خشکی افزایش میدهند. در این پژوهش اثر غلظتهای مختلف پوتریسین+ اسپرمین (0+0، 40+40، 40+60 و 60+40 میکرومولار) بر، برخی ویژگیهای فیزیولوژیک گیاه گلرنگ (Carthamustinctorius L.) تحت آبیاری مطلوب (100 درصد ظرفیت زراعی) و آبیاری محدود (40 درصد ظرفیت زراعی) مورد بررسی قرارگرفت. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار در گلخانه دانشگاه تبریز انجام گرفت. بدون کاربرد پلیآمینها، خشکی سبب کاهش معنیدار شاخصهای رشد، محتوای آب نسبی، رنگیزههای فتوسنتزی، غلظت پروتئین محلول کل برگ و افزایش غلظت پرولین آزاد برگ و قندهای محلول اندام هوایی گردید. کاربرد برگی 60+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین بیشتر این صفات را در برگها بهویژه تحت شرایط تنش افزایش داد. کاربرد پلیآمینهای برونزا میزان پرولین آزاد برگ را احتمالاً به دلیل افزایش غلظت کلروفیل کاهش داد. کاهش انباشت اسمولیتهای سازگار نظیر پرولین آزاد در ریشه و قندهای محلول در برگ با تیمارهای 40+40 و 40+60 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین میتواند به دلیل نقش پلیآمینها به عنوان اسمولیت و همچنین پاککننده رادیکالهای آزاد اکسیژن باشد. این نتایج نشان میدهد که اسپری برگی 60+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین میتواند برخی اثرات مخرب تنش خشکی را بر شاخصهای فیزیولوژیک گلرنگ کاهش دهد.
واژههای کلیدی: اسمولیتها، پلی آمین، خشکی و گلرنگ
* نویسنده مسئول، تلفن: 09149003272 ، پست الکترونیکی: y_salehi@tabrizu.ac.ir
مقدمه
تنشهای غیرزیستی دارای اثرات منفی بر رشد و نمو گیاهان هستند. تنش خشکی مهمترین تنش غیرزیستی در دنیا و بهخصوص کشور ایران میباشد و در مقایسه با سایر عوامل تنشزا بیشترین تأثیر نامطلوب را بر رشد و تولید گیاهان دارد (15). خشکی با کاهش پتانسیل آب در گیاه، سبب بسته شدن روزنه، کاهش تثبیت CO2، تولید گونههای اکسیژن فعال و القاء تنش اکسیداتیو، کاهش غلظت کلروفیل، کاهش فتوسنتز و در نهایت کاهش رشد میشود (19). پلیآمینها پلیکاتیونهای آلی با وزن ملکولی پایین هستند که برای رشد پروکاریوتها و یوکاریوتها ضروری میباشند و در پاسخ و مقاومت گیاهان به تنشهای مختلف نقش دارند (30). در گیاهان عالی، پلیآمینها به فرم پوتریسین (Put)، اسپرمیدین (Spd) و اسپرمین (Spm) یافت میشوند. در سلولهای گیاهی دیآمین پوتریسین، از اورنیتین و آرژنین بترتیب توسط اورنیتیندکربوکسیلاز و آرژنیندکربوکسیلاز، تریآمین اسپرمیدین و تتراآمین اسپرمین با آنزیمهای اسپرمیدینسنتاز و اسپرمینسنتاز سنتز میشوند. گروه آمین پلی آمینها توسط پلی آمین اکسیداز جدا میشود. گاما آمینوبوتیریک اسید و پراکسیدهیدروژن حاصل از اکسیداسیون پلیآمینها در نمو گیاه و پاسخهای تنش درگیر هستند (14). پلیآمینها در تنظیم تکثیر سلولی، تمایز و مورفوژنز، بیان ژن، حفظ یکپارچگی و بقای غشاهای زیستی هنگام مواجهه با تنش خشکی و مقابله با تنشهای غیرزیستی نقش دارند (20 و 29). این ترکیبات در پاسخ به خشکی به مقدار زیادی انباشته شده و ملکولهای مؤثر در مسیر ترارسانی علامت تنشها به شمار میروند (11 و 32). اخیراً کاربرد پلیآمینها در جهت افزایش مقاومت گیاهان به تنش خشکی از طریق تحریک فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان و افزایش راندمان فتوسنتزی، مورد توجه زیادی قرارگرفته است. به عنوان مثال، پلیآمینها تحمل تنش آبی را در شبدر سفید (Trifolium repense L.) با افزایش توان دفاع آنتیاکسیدانی افزایش دادند (24). افزایش سطح کلسیم سیتوسلی تحت تنش خشکی، با فعال کردن NADPH اکسیداز غشای پلاسمایی سبب تولید گونههای فعال اکسیژن ازجمله پراکسیدهیدروژن میگردد. پلیآمینها با تنظیم سطح کلسیم سیتوسلی عملاً سبب کنترل تولید پراکسیدهیدروژن میشوند (38). گیاهان آرابیدوپسیس تراریخته که بیان ژنهای بیوسنتزی پلیآمینها در آنها افزایش یافته از طریق کاهش فعالیت گونههای فعال اکسیژن، تحمل بیشتری به تنش خشکی نشان دادهاند (31). کاربرد برونزاد پلیآمینها در گیاهان تحت تنش خشکی از پراکسیداسیون لیپیدها و تخریب ماکروملکولها جلوگیری کرده و سبب افزایش مقاومت گیاهان به خشکی میشوند. البته نوع واکنش گیاهان تحت تنش به پلیآمینها بسته به نوع گیاه متفاوت است (33 و 36). کاربرد 1/0 میلیمولار پوتریسین در بابونه آلمانی (Matricaria Chamomilla L.) تحت خشکی، با تحریک فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان سبب القاء تحمل به خشکی شده است (8). محلولپاشی یک میلیمولار اسپرمین در گیاه ارزن
(Panicum miliaceum L.) تحت تنش خشکی سبب افزایش محتوای نسبی آب، رنگیزههای فتوسنتزی و کاهش نشست الکترولیت شد (6). گونه زراعی گلرنگ (Carthamustinctorius L.) گیاهی یکساله از تیره آفتابگردان است. گلرنگ به عنوان گیاه زراعی چند منظوره روغنی، دارویی و صنعتی مطرح میباشد (27). این گیاه به دلیل خصوصیات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی ویژهای که دارد، به عنوان گیاه متحمل به خشکی شناخته شده است و برای کشت در اراضی مواجه با کمبود آب بسیار مناسب میباشد. باوجود این، عملکرد فیزیولوژیکی این گیاه در تنشهای شدید کاهش مییابد (27). تیمار کمبود آب در دو رقم گلرنگ بهطور معنیداری طول ساقه، ماده خشک ساقه و ریشه، مقدار آب نسبی برگ را در تنش آبی شدید 55 درصد کاهش داده است (22). همچنین تنش خشکی سبب کاهش محتوای کلروفیل، محتوای نسبی آب و افزایش پرولین در ارقام مختلف گلرنگ بهاره شده است (3 و 22). باتوجه به اینکه پاسخهای فیزیولوژیک گیاه گلرنگ (رقم گلدشت) بهغلظتهای ترکیبی پلیآمینهای اسپرمین و پوتریسین تحت شرایط کمبود آب مشخص نبود، در این پژوهش برای اولین بار اثر ترکیبی این دو پلیآمین در افزایش احتمالی مقاومت به تنش خشکی گیاه گلرنگ مورد بررسی قرارگرفته است تا نتایج حاصل از آن برای افزایش عملکرد گیاه در شرایط کمبود آب که یکی از مشکلات کشور ایران است مورد استفاده واقع گردد.
مواد و روشها
کشت، اعمال تیمارها و برداشت: بذرهای گیاه گلرنگ (Carthamus tinctorius) رقم گلدشت، از مرکز تحقیقات کشاورزی استان آذربایجان شرقی تهیه گردید. بذرها به مدت 5 تا 7 دقیقه با استفاده از هیپوکلریت سدیم 5 درصد ضدعفونی و چندین بار با آب مقطر شستشو داده شدند. در یک آزمایش مقدماتی گیاهان در مرحله شروع سه برگی (30 روز پس از کشت) در پنج سطح 20، 40، 60، 80، 100 درصد ظرفیت زراعی (FC) با سه تکرار به مدت دو هفته برای تعیین مناسبترین سطح تنش خشکی تیمار شدند. با اندازهگیری شاخصهای رشد، میزان آبیاری بهاندازه 40 درصد ظرفیت زراعی برای اعمال تنش خشکی در آزمایشهای بعدی انتخاب شد (دادهها نشان داده نشده است). در آزمایش مقدماتی دیگر گیاهان سه برگی پس از دو هفته تنش (40 درصد ظرفیت زراعی)، با 20، 80،60،40 و 100 میکرومولار پوتریسین و اسپرمین بهطور جداگانه، فقط یکبار اسپری برگی شدند. در نهایت پس از مدت دو هفته غلظتهای 40 و 60 میکرومولار از هر پلیآمین به عنوان مؤثرترین غلظت در ایجاد مقاومت به خشکی گیاه گلرنگ، پس از اندازهگیریشاخصهای رشد و فیزیولوژیک مانند وزنتر و خشک برگ، طول کل گیاهچه، طول و وزنتر اندام هوایی، سطح برگی، محتوای نسبی آب و رنگیزههای فتوسنتزی تعیین شد (دادهها نشان داده نشده است). پسازاین آزمایشهای مقدماتی، بذرها در گلدانهای پلاستیکی و در بستر پرلیت کشت داده شدند. بذرها هر دو روز یکبار با آب مقطر تا حد ظرفیت زراعی آبیاری شدند. پس از ظاهر شدن برگ اولیه، دانهرستهای جوان به روشنایی انتقال یافتند. گیاهان در گلخانه در دمای 30-25 درجه سانتیگراد، رطوبت 60 درصد و در دوره روشنایی/ تاریکی 16/ 8 ساعت نگهداری شدند. دانهرست هفتروزه با محلول هوگلند 50 درصد و دانهرست 14 روزه با محلول هوگلند 100 درصد در حد ظرفیت زراعی جهت جبران آب از دست رفته گیاهان آبیاری شد. محلول غذایی هر هفته به گیاهچهها داده شد. برای محاسبه میزان آب موردنیاز هر گلدان از روش توزین گلدانها و تعیین میانگین آن به عنوان آب مصرفی تیمارها استفاده گردید (5). گیاهان در مرحله شروع سه برگی با سطوح مختلف آبیاری (40 و 100 درصد ظرفیت زراعی) به مدت دو هفته تیمار شدند. برای اعمال تیمار پلیآمین مقادیر لازم از اسپرمین و پوتریسین در آب مقطر حل شدند. سپس پوتریسین+اسپرمین با غلظتهای مختلف (0+0، 40+ 40، 40+60 و 60+40) میکرومولار فقط یکبار بر روی برگ گیاهان اسپری شدند. دو هفته پس از تیمار با پلیآمینها، (60 روز پس از کشت)، کلیه گیاهان جهت بررسی صفات رشد و برخی شاخصهای فیزیولوژیک برداشت شدند.
شاخصهای رشد: وزنتر و خشک برگ، وزنتر ریشه، وزنتر و طول اندام هوایی، طول ریشه اصلی و میانگین سطح برگ گلرنگ تحت تیمارهای مختلف اندازهگیری شد. سطح برگیبا استفاده از کاغذ میلیمتری اندازهگیری گردید.
محتوای آب نسبی برگ: 60 روز پس از کشت گیاه، قبل از زمان آبیاری، نمونهبرداری از برگهای توسعهیافته انجام شده و وزنتر آنها اندازهگیری شد. برای تعیین وزن در حالت آماس کامل، برگها در آب مقطر به مدت 24 ساعت غوطهور شدند. سطح برگها با کاغذ صافی خشک گردیدند و وزن در حالت آماس کامل برگها ثبت شد. سپس برگها در آون با دمای ºC 70 به مدت 48 ساعت قرارگرفتند و دوباره وزن شدند (وزن خشک). میزان آب نسبی برگ با روش اسمارت و بینگهام (1974) و با فرمول زیر محاسبه گردید (34).
محتوای نسبی آب برگ = وزنتر) – وزن در حالت آماس کامل)/ (وزن خشک - (وزن خشک
سنجش رنگیزههای فتوسنتزی برگ: غلظت کلروفیلa ، کلروفیل b و کاروتنوئید کل پس از 24 ساعت استخراج در استون 100 درصد در دمای ºC 4 با استفاده از اسپکتروفتومتر (Dynamica, Halo- db-20 series, Switzerland) با روش شوکران و همکاران (1998) محاسبه شد (35).
Ca= 75/11 A662 - 35/2 A645
Cb= 61/18 A645 - 96/3 A662
Ct=1000 A470 - 27/2 A Ca - 4/81Cb / 227
که در آنها :Ca میزان کلروفیلa، Cb: میزان کلروفیل b،:Ct میزان کاروتنوئید کل، 470A: جذب در طولموج 470 نانومتر(مربوط به کاروتنوئیدها) 645A: جذب در طولموج 645 نانومتر (مربوط به کلروفیل a ) 662A: جذب در طولموج 662 نانومتر (مربوط به کلروفیل b) میباشند.
غلظت پروتئین کل و آمینواسیدهای آزاد کل برگ و ریشه: جهت سنجش پروتئین محلول کل به روش برادفورد، روشناور تهیه شده برای سنجش فعالیت آنزیمها با آب مقطر و معرف برادفورد مخلوط شد و جذب نوری در طولموج 595 نانومتر اندازهگیری شد. برای تهیه منحنی استاندارد از سرم آلبومین گاوی در محدوده صفر تا 200 میکروگرم بر لیتر استفاده گردید (13). بر روی همان روشناور، معرف نینهیدرین اضافه گردید و پس از قرار دادن در بن ماری جوشان، جذب نمونهها در 570 نانومتر خوانده شد. برای ترسیم منحنی استاندارد از اسیدآمینه گلیسین استفاده شد (23). معادله خطی پروتئین و آمینواسیدهای آزاد کل بترتیب زیر است.
y=0886x00235/0+
y=497/0x-4942/0
قندهای محلول و نامحلول اندام هوایی و ریشه: غلظت قندهای محلول و نامحلول به روش فنل سولفوریک اسید تعیین گردید. مقدار 05/0 گرم از پودر خشک گیاه با پنج میلیلیتر اتانول 70 درصد مخلوط شد و مدت یک هفته در یخچال نگهداری گردید. پس از سانتریفوژ نمونهها، 5/0 میلیلیتر از محلول رویی با آب مقطر به حجم دو میلیلیتر رسانده شد. یک میلیلیتر فنل 5 درصد و پنج میلیلیتر اسیدسولفوریک غلیظ به هریک از نمونهها اضافه گردید و جذب نوری محلولها در 485 نانومتر ثبت شد. از غلظتهای مختلف گلوکز (100-0 میکروگرم) برای تعیین منحنی استاندارد استفاده گردید. برای سنجش قندهای نامحلول، به رسوب خشک شده حاصل از سانتریفوژ، آب مقطر اضافه گردید و به مدت 15 دقیقه جوشانده شد. پس از صاف کردن، دوباره با آب مقطر به حجم 20 میلیلیتر رسانده شد. مراحل بعدی به روش قندهای محلول انجام شد (23).
پرولین آزاد برگ و ریشه: عصارهها در محلول آبی سولفوسالیسیلیک اسید 3 درصد استخراج شدند و پس از سانتریفوژ، معرف نینهیدرین و اسیداستیک گلاسیال به آنها اضافه گردید. محلول حاصل به مدت یک ساعت در بن ماری ºC100 قرارگرفت و بلافاصله در داخل یخ سرد شد. و به محلول فوق تولوئن اضافه شده و به مدت 30 ثانیه مخلوط گردید. جذب فاز فوقانی در 520 نانومتر اندازهگیری شد. منحنی استاندارد با استفاده از محلولهای استاندارد پرولین (صفر تا 50 میکرومولار) تهیه شد (12).
طرح آزمایش و تجزیه تحلیل دادهها: آزمایش در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی و با دو عامل، شامل دو سطح خشکی 40 و 100 درصد ظرفیت زراعی و غلظتهای مختلف پوتریسین+اسپرمین بترتیب (0+0، 40+ 40، 40+60 و 60+40) میکرومولار در سه تکرار اجرا گردید. تجزیهوتحلیل آماری با نرمافزار(2/9)SAS و مقایسه میانگینها با استفاده از آزمون دانکن در سطح 5 درصد انجام گردید. شکلها با استفاده از نرمافزار اکسل 2013 تهیه گردیدند.
نتایج
شاخصهای رشد: آبیاری در حد 40 درصد ظرفیت زراعی و محلولپاشی پلیآمینها، تمامی شاخصهای رشد را بهطور معنیداری تحت تأثیر قراردادند. اثر متقابل آبیاری × محلولپاشی پلیآمینها بر شاخصهای رشد غیر از وزن خشک برگ معنیدار بود (جدول 1) (01/0P≤). تیمار غلظتهای 40+60 و 60+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین در شرایط خشکی سبب افزایش معنیدار این شاخصها گردید.
اثر برونزاد غلظتهای ترکیبی اسپرمین و پوتریسین بر شاخصهای رشد در گیاهان شاهد نیز معنیدار بود (جدول 2).
جدول1- تجزیه واریانس شاخصهای رشد گیاه گلرنگ تحت سطوح مختلف آبیاری در واکنش به محلولپاشی پلیآمینها
میانگین مربعات |
||||||||
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
طول اندام هوایی |
طول ریشه اصلی |
وزنتر اندام هوایی |
وزنتر ریشه |
وزنتر برگ |
وزن خشک برگ |
سطح برگی |
تکرار |
2 |
87/0ns |
52/2ns |
29/819ns |
ns29/120 |
ns15/4 |
ns19/0 |
ns53/292 |
آبیاری |
1 |
25/417 ** |
69/17** |
6/1534192** |
**3/107334 |
**66/3360 |
**60/28 |
**15/101647 |
محلولپاشی پلیآمینها |
3 |
**55/18 |
**25/72 |
** 1/76662 |
**1/117120 |
**66/662 |
**27/4 |
ns53/4656 |
محلولپاشی پلیآمینها×آبیاری |
3 |
**86/22 |
**85/26 |
** 1/40868 |
**3/35205 |
**77/251 |
ns43/1 |
**60/5509 |
خطا |
14 |
30/0 |
53/0 |
53/413 |
52/221 |
9/0 |
58/0 |
**04/1110 |
ضریب تغییرات (%) |
- |
42/3 |
72/4 |
41/3 |
35/5 |
44/2 |
30/20 |
50/17 |
ns، * و ** بترتیب غیر معنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد. پلیآمینها: غلظتهای ترکیبی پوتریسین+ اسپرمین
جدول 2- اثر غلظتهای ترکیبی پوتریسین+ اسپرمینبر شاخصهای رشد گلرنگ تحت سطوح مختلف آبیاری
آبیاری |
غلظت پلیآمینها (میکرومولار) |
طول اندام هوایی(cm) |
طول ریشه اصلی(cm) |
وزنتر اندام هوایی (mg) |
وزنتر ریشه (mg) |
وزنتر برگ (mg) |
وزن خشک برگ(mg) |
سطح برگی ( mm2) |
|
0 |
50/19±05/0c |
83/12±28/0e |
624±43/23d |
160±93/11d |
33/35±52/1e |
. 66/3±57/0bc |
06/203±67/11cd |
100درصد |
40 p+40 sp |
62/20±23/1b |
37/15±17/0d |
920±42/42b |
319±14/14b |
00/46±00/1c |
66/5±76/0a |
00/325±00/7a |
ظرفیت |
40 p+60 sp |
33/17±15/1d |
50/9±50/0f |
825±41/30c |
275±00/15c |
00/70±00/1a |
40/4±60/0ab |
39/266±74/18b |
زراعی |
60 p+40 sp |
33/23±15/1a |
00/21±00/1a |
1020±36.21a |
625±00/25a |
00/52±00/1b |
66/5±04/1a |
12/227±98/9bc |
|
0 |
66/9±28/0g |
16/12±15/1e |
250±62/8g |
105±66/8f |
00/20±5/1g |
16/2±28/0d |
50/102±50/2e |
40درصد |
40 p+40 sp |
35/9±25/0g |
58/16±72/0cd |
279±53/11g |
133±08/6e |
33/19±15/1g |
06/2±90/0d |
115±00/5e |
ظرفیت |
40 p+60 sp |
66/14±57/0e |
33/17±84/0c |
472±62/16e |
303±27/15b |
33/29±15/1f |
33/2±57/0cd |
97/125±78/1e |
زراعی |
60 p+40 sp |
66/13±28/0f |
50/19±32/1b |
370±00/20f |
303±00/10b |
00/40±50/00d |
10/4±81/0b |
50/157±50/7de |
دادهها میانگین سه تکرار ± انحراف معیار را نشان میدهند. میانگینهای دارای حروف مشابه ازنظر آماری تفاوت معنیداری در سطح 5 درصد ندارند. sp 40 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین، sp 60 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 60 میکرومولار اسپرمین، sp 40 p+60: 60 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین.
شکل 1- میانگین وزن خشک برگ گلرنگ تحت (A) سطوح مختلف آبیاری (B) و در واکنش به محلولپاشی پلیآمینها
اثر متقابل این عاملها برای وزن خشک برگ معنیدار نگردید (جدول 1). خشکی سبب کاهش معنیدار وزن خشک برگ شد (شکل1،A ). تیمار پلیآمینها وزن خشک برگ را افزایش داد (شکل 1،B).
محتوای رنگیزههای فتوسنتزی برگ: اثرات آبیاری و محلولپاشی پلیآمینها بر میزانرنگیزههای فتوسنتزی برگهای گیاه گلرنگ معنیدار بود. اثر متقابل این عاملها برای این موارد معنیدار گردید (جدول 3). سطح آبیاری 40 درصد ظرفیت زراعی، غلظت کلروفیل a، b و کارتنوئیدها را بهطور معنیداری کاهش داد. بیشترین غلظت رنگیزههای فتوسنتزی با تیمار غلظتهای 60+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین در خشکی مشاهده گردید (شکل 2،C,B,A). در گیاهان با آبیاری کامل، محلولپاشی غلظتهای ترکیبی پلیآمینها سبب کاهش معنیدار کلروفیل a و کارتنوئیدها شد (شکل 2،A وC).
جدول3- تجزیه واریانس میزان رنگیزههای فتوسنتزی و محتوای نسبی آب برگ گلرنگ تحت سطوح مختلف آبیاری در واکنش به محلولپاشی پلیآمینها
میانگین مربعات |
||||||||||
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
کلروفیل a |
کلروفیل b |
کارتنوئیدها |
محتوای نسبی آب |
|||||
تکرار |
2 |
00002/0ns |
00002/0ns |
ns000007/0 |
319/0ns |
|||||
آبیاری |
1 |
02/0 ** |
004/0 ** |
**0004/0 |
31/541** |
|||||
محلولپاشی پلیآمینها |
3 |
**004/0 |
**001/0 |
**0001/0 |
40/27ns |
|||||
محلولپاشی پلیآمینها × آبیاری |
3 |
**002/0 |
0001/0** |
**0002/0 |
**07/758 |
|||||
خطا |
14 |
00002/0 |
00002/0 |
00001/0 |
62/6 |
|||||
ضریب تغییرات (%) |
- |
10/6 |
73/18 |
84/12 |
87/3 |
|||||
ns، * و ** بترتیب غیر معنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد.
شکل2- اثر غلظتهای ترکیبی پوتریسین+ اسپرمین بر غلظت رنگیزههای فتوسنتزی برگ گلرنگ، (A) کلروفیل a، (B) کلروفیل b (C) کارتنوئیدها تحت سطوح مختلف آبیاری. دادهها میانگین سه تکرار ± انحراف معیار را نشان میدهند. میانگینهای دارای حروف مشابه ازنظر آماری تفاوت معنیداری در سطح 5 درصد ندارند. sp 40 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین، sp 60 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 60 میکرومولار اسپرمین، sp 40 p+60: 60 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین.
محتوای نسبی آب برگ: اثرات آبیاری و محلولپاشی پلیآمینها بر محتوای نسبی آب معنیدار بود. اثر متقابل این عاملها نیز برای این مورد نیز معنیدار گردید (جدول 3). کاربرد غلظتهای ترکیبی پوتریسین+ اسپرمین در آبیاری محدود سبب افزایش معنیدار محتوای نسبی آب شد. تیمار با پلیآمینها در شرایط آبیاری طبیعی محتوای نسبی آب را بهطور معنیداری کاهش داد (شکل 3).
غلظت قندهای محلول و نامحلول اندام هوایی: آبیاری و پلیآمینها، قندهای محلول و نامحلول اندام هوایی را بهطور معنیداری تحت تأثیر قرارداد. اثر متقابل این عاملها برای این موردها در برگ و ریشه معنیدار گردید (جدول 4).
شکل 3- محتوای نسبی آب گلرنگ تحت سطوح مختلف آبیاری در واکنش به محلولپاشی پلیآمینها. میانگینهای دارای حروف مشابه ازنظر آماری تفاوت معنیداری در سطح 5 درصد ندارند، sp 40 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین، sp60 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 60 میکرومولار اسپرمین، sp 40 p+60: 60 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین.
سطح آبیاری 40 درصد ظرفیت زراعی، غلظت قندهای محلولاندام هوایی و ریشه را بهطور معنیداری افزایش داد، ولی سبب کاهش غلظت قندهای نامحلول اندام هوایی شد. میزان قندهای محلول با تیمار 60+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین تحت تنش خشکی در اندام هوایی افزایش و در ریشه کاهش یافت. محلولپاشی سایر غلظتهای ترکیبی پلیآمینها در گیاهان تحت تنش سبب کاهش قندهای محلول اندام هوایی شد. در شرایط آبیاری کامل نیز استفاده از غلظتهای ترکیبی اسپرمین و پوتریسین سبب کاهش معنیدار غلظت قندهای محلول اندام هوایی و ریشه گردید (05/0P≤) (جدول 5).
غلظت پرولین آزاد: اثرات آبیاری، پلیآمینها و آبیاری × محلولپاشی پلیآمینها روی پرولین برگ و ریشه معنیدار شد (جدول 4).
تنش خشکی سبب افزایش معنیدار غلظت پرولین برگ و ریشه گردید. اسپری برگی غلظتهای ترکیبی اسپرمین و پوتریسین در شرایط تنش خشکیغلظت پرولین را در برگ بهطور معنیداری کاهش داد.
جدول 4- تجزیه واریانس میزان اسمولیتهای اندام هوایی، برگ و ریشه گلرنگ تحت سطوح مختلف آبیاری در واکنش به محلولپاشیپلیآمینها
میانگین مربعات |
|||||||
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
قندهای محلول اندام هوایی |
قندهای نامحلول اندام هوایی |
پرولین برگ |
پروتئین محلول کل برگ |
آمینواسید آزاد کل برگ |
|
تکرار |
2 |
3682/0ns |
334/0ns |
10/0ns |
03/0ns |
ns0002/0 |
|
آبیاری |
1 |
80/107 ** |
**92/20 |
46/11** |
78/13** |
**015/0 |
|
محلولپاشی پلیآمینها |
3 |
**29/313 |
**54/155 |
** 51/12 |
** 73/86 |
**79/1 |
|
محلولپاشی پلیآمینها × آبیاری |
3 |
**52/45 |
**87/106 |
**23/4 |
** 27/74 |
**60/0 |
|
خطا |
14 |
99/1 |
45/1 |
019/0 |
049/0 |
001/0 |
|
ضریب تغییرات (%) |
- |
27/6 |
73/5 |
83/3 |
88/1 |
85/4 |
|
میانگین مربعات |
|||||||
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
قندهای محلول ریشه |
قندهای نامحلول ریشه |
پرولین ریشه |
پروتئین محلول ریشه |
آمینواسید آزاد کل ریشه |
|
تکرار |
2 |
02/0ns |
41/1ns |
10/0ns |
0004/0ns |
ns0002/0 |
|
آبیاری |
1 |
26/8 ** |
**78/17 |
46/11** |
65/102ns |
**015/0 |
|
محلولپاشی پلیآمینها |
3 |
**98/8 |
ns78/5 |
** 51/12 |
** 05/57 |
**79/1 |
|
محلولپاشی پلیآمینها × آبیاری |
3 |
**37/1 |
**77/21 |
**23/4 |
** 47/39 |
**60/0 |
|
خطا |
14 |
14/0 |
77/21 |
019/0 |
004/0 |
001/0 |
|
ضریب تغییرات (%) |
- |
02/5 |
32/8 |
72/4 |
61/0 |
58/6 |
|
ns، * و ** بترتیب غیر معنیدار و معنیدار در سطح احتمال پنج و یک درصد
در ریشه کاربرد غلظت 60+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین در خشکی سبب افزایش غلظت پرولین شد. در شرایط آبیاری طبیعی، محلولپاشی غلظتهای ترکیبی اسپرمین و پوتریسیناثر معنیداری بر میزان پرولین برگ و ریشه نشان داد (جدول 5).
غلظت پروتئینهای محلول کل و آمینواسیدهای آزاد کل: میزان پروتئین کل برگ و آمینواسیدهای آزاد برگ و ریشه بهطور معنیداری تحت تأثیر تنش آبیاری و تیمار پلیآمینها قرارگرفت. اثر متقابل این عاملها برای این موردها معنیدار بود (01/0P≤) (جدول 4). خشکی سبب کاهش معنیدار غلظت پروتئینها در برگ و ریشه و افزایش غلظت آمینواسیدهای آزاد ریشه گردید. غلظت پروتئین کل برگ و ریشه با تیمار 60+40 و 40+60 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین تحت تنش خشکی افزایش معنیداری نشان داد. کاربرد غلظتهای ترکیبی اسپرمین و پوتریسین در شرایط آبیاری کامل موجب کاهش معنیدار غلظت پروتئین محلول کل برگ شد. در ریشه، استفاده از غلظتهای 40+60 و60+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین در شرایط آبیاری نرمال سبب افزایش معنیدار غلظت پروتئین محلول کل گردید (05/0P≤) (جدول 5).
جدول 5- اثر غلظتهای ترکیبی پوتریسین+ اسپرمین بر میزان قندهای محلول و نامحلول، پرولین، پروتئین محلول کل و آمینواسیدهای آزاد کل گلرنگ تحت سطوح مختلف آبیاری
آبیاری |
غلظت پلیآمینها (میکرومولار) |
قندهای محلول اندام هوایی (میلیگرم بر گرم وزن خشک) |
قندهای نامحلول اندام هوایی (میلیگرم بر گرم وزن خشک) |
پرولین آزاد برگ (میکروگرم بر گرم وزنتر) |
پروتئین محلول کل برگ (میلیگرم بر گرم وزنتر) |
آمینواسید آزاد کل برگ (میلیگرم بر گرم وزنتر) |
||||
|
0 |
17/27±45/1d |
76/35±73/0b |
66/3± 33/0c |
73/22±08/0a |
31/0±01/0e |
||||
100درصد |
40 p+40 sp |
71/21±11/1f |
52/34±76/2bc |
85/3±01/0c |
72/5±60/0f |
10/2±08/0a |
||||
ظرفیت |
40 p+60 sp |
61/24±59/1e |
58/28±60/3de |
57/2±001/0e |
94/9±005/0e |
55/0±004/0d |
||||
زراعی |
60 p+40 sp |
00/27±34/0d |
32/36±69/1e |
70/1±11/0f |
79/11±002/0c |
33/0±005/0e |
||||
|
0 |
42/39±44/1b |
53/21±78/1f |
36/7±14/0a |
32/11±04/0d |
74/0±01/0c |
||||
40درصد |
40 p+40 sp |
05/32±50/1c |
65/31±00/2cd |
22/4±01/0b |
93/10±04/0d |
13/1±01/0b |
||||
ظرفیت |
40 p+60 sp |
95/29±08/0c |
55/28±10/0de |
52/2±21/0e |
64/9±002/0e |
60/0±005/0d |
||||
زراعی |
60 p+40 sp |
75/41±86/1a |
16/45±27/1a |
21/3±21/0d |
22/12±005/0b |
61/0±05/0d |
||||
|
|
|
ریشه |
|
|
|
||||
|
0 |
61/10±60/0c |
73/8±34/0g |
56/1±08/0ef |
77/12±09/0d |
39/0±01/0d |
||||
100درصد |
40 p+40 sp |
04/7±63/0e |
33/8±40/0g |
39/1±002/0f |
70/6±10/0g |
32/0±03/0e |
||||
ظرفیت |
40 p+60 sp |
97/6±13/0e |
24/14±23/0d |
95/2±17/0cd |
74/13±09/0b |
26/0±03/0f |
||||
زراعی |
60 p+40 sp |
55/5±52/0f |
34/10±14/0f |
94/3±04/0b |
19/18±02/0a |
51/0±01/0b |
||||
|
0 |
17/8±40/0d |
11/16±05/0a |
03/3±05/0c |
23/8±31/0e |
28/0±01/ef |
||||
40درصد |
40 p+40 sp |
77/11±20/0b |
33/23±05/1b |
72/1±01/0e |
42/6±01/0h |
67/0±03/0a |
||||
ظرفیت |
40 p+60 sp |
67/35±40/0a |
20/33±05/1a |
76/2±28/0d |
26/13±02/0c |
30/0±30/0e |
||||
زراعی |
60 p+40 sp |
61/5±57/0f |
89/12±55/0e |
08/5±04/0a |
94/6±04/0f |
46/0±007/0c |
|
|||
دادهها میانگین سه تکرار ± انحراف معیار را نشان میدهند. میانگینهای دارای حروف مشابه ازنظر آماری تفاوت معنیداری در سطح 5 درصد ندارند. sp 40 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین، sp 60 p+40: 40 میکرومولار پوتریسین با 60 میکرومولار اسپرمین، sp 40 p+60: 60 میکرومولار پوتریسین با 40 میکرومولار اسپرمین.
بحث
نتایج این پژوهش نشان داد که تنش خشکی در حد 40 درصد ظرفیت زراعی سبب کاهش رشد گیاه گلرنگ شد. کاهش شاخصهای رشد، رنگیزههای فتوسنتزی و محتوای نسبی آب در شرایط خشکی به دلیل کاهش پتانسیل آب سبب بسته شدن روزنه میگردد. این موضوع به همراه کاهش محتوای رنگیزههای فتوسنتزی منجر به کاهش فتوسنتز و درنتیجه کاهش رشد میگردد که با نتایج انجام شده در گیاه کتان (Linum usitatissimum L.) (7) و گیاه زیره سیاه (Carum copticum L.) (30) مطابقت دارد. وزن خشک برگ، وزنتر ریشه، وزنتر اندام هوایی، طول اندام هوایی و سطح برگی تحت خشکی بترتیب 56/46، 79/36، 54/59، 40/41 و 96/50 درصد نسبت به شاهد کاهش یافتند. در مطالعاتی که در گیاه گلرنگ بهاره انجام شد، کمبود آب سبب کاهش محتوای نسبی آب و غلظت رنگیزههای فتوسنتزی گردیده است (10و27). طول اندام هوایی، وزن خشک و تر برگ با غلظت 40+40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین کاهش یافتند ولی دو غلظت دیگر پلیآمینها این صفات را افزایش دادند. تأثیر مثبت پلیآمینها بر روی سایر صفات رشدی در شرایط تنش و تحت آبیاری کامل مشابه بود. پژوهشهای پیشین نشان داده است که استفاده از پلیاتیلنگلیکول در گیاه یونجه (Medicago sativa L.) سبب کاهش رنگیزههای فتوسنتزی و پروتئین برگ میشود و تیمار با پوتریسین سبب افزایش این صفات میگردد (37). در بررسی دیگری مشخصشده است که تنش خشکی در حد 50 درصد ظرفیت زراعی، باعث کاهش محتوای آب برگ گیاه برنج (Orysa sativa L.) میشود و اسپری برگی 10 میکرومولار اسپرمین باعث عملکرد بهتر در این شرایط میگردد (18). در مطالعه دیگری که در گیاه سیتروس
(Citrus aurantifolia L.) انجام شده است، محتوای رنگیزههای فتوسنتزی تحت تنش خشکی کاهش نشان داده است که با تیمار اسپرمیدین 1/0 و دو میکرومولار بهبود یافته است (12).
در این بررسی افزایش محتوای قندهای محلول اندام هوایی و ریشه تحت تنش خشکی ممکن است ناشی از کاهش نیاز به مواد فتوسنتزی به دلیل کاهش رشد و افزایش فعالیت آنزیم اینورتاز باشد (17). انباشت قندهای محلول در شرایط تنش، علاوه بر نقشهای فیزیولوژیکی مهمی که ازنظر تأمین انرژی دارد، میتواند سبب کاهش پتانسیل آب گیاه و تداوم جذب آب و درنتیجه افزایش میزان تحمل گیاه به خشکی گردد (26). نتایج مشابهی در گیاه بابونه آلمانی (Matricaria Chamomilla L.)، گیاه کلزا (Brassica napus L.) و لوبیا سفید (L. vulgaris (Phaseolus در شرایط خشکی نیز گزارش شده است (2،1 و 4). در گیاه ارزن (.Panicum miliaceum L) از بین تیمارهای صفر، نیم و یک میلیمولار اسپرمین در تنش خشکی (50 درصد ظرفیت زراعی)، اسپرمین یک میلیمولار در رفع آسیبهای ناشی از تنش خشکی نقش موثرتری نشان داده است (6). همچنین پرولین آزاد نیز به عنوان تنظیمکننده اسمزی در گیاهان عمل میکند و در پایداری غشاها، پروتئینها و خاموشسازی رادیکالهای آزاد در شرایط تنش نقش دارد. افزایش میزان پرولین در خشکی میتواند به دلیل القای فعالیت آنزیم پیرولین- 5-کربوکسیلات سنتاز باشد (16). بنا به گزارش نیکروش و همکاران (1395) مقادیر پرولین و قند محلول گیاهان کلزا تحت تنش خشکی افزایش معنیداری نشان دادند (9). میزان قند محلول اندام هوایی و پرولین برگ و ریشه بسته به غلظت پلیآمینها متفاوت بود. تنها غلظت 60+40 میکرومولارپوتریسین+ اسپرمین در ریشه سبب افزایش میزان پرولین شد. دراین پژوهش، کاهش غلظت پرولین برگ و قندهای محلول اندام هوایی در گیاهان تحت تنش تیمار شده با پلیآمینها نشان میدهد که پلیآمینها با بهبود وضعیت آبی گیاه، سبب کاهش اثرات تنش خشکی و درنتیجه نیاز کمتر گیاه به انباشت پرولین آزاد و قندهای محلول شدهاند. همچنین کاهش پرولین آزاد با پلیآمینها میتواند به دلیل افزایش سنتز کلروفیل با تیمار ترکیبی پلیآمینها باشد، چرا که پیشساز هر دو ترکیب گلوتامات است. از سوی دیگر نقش پلیآمینها به عنوان اسمولیت و پاککننده رادیکالهای آزاد اکسیژن در گیاهان نیز مطرح میباشد (25) که دلیلی بر کاهش تولید و انباشت اسمولیتهای سازگار نظیر پرولین آزاد و قندهای محلول میتواند باشد. هرچند بین مقاومت به تنش و تجمع پرولین آزاد در گیاهان عالی ارتباط قوی وجود دارد، ولی این ارتباط برای همه گیاهان صادق نیست، زیرا برخی از گیاهان تراریخت شده که مقادیر زیادی پرولین آزاد تولید میکنند، مقاومت چندانی به خشکی ندارند (17). کاربرد پوتریسین (ppm2 و 1 و0) در شرایط خشکی 50 درصد ظرفیت زراعی در گیاه پنبه (Gossypium barbadense L.) سبب کاهش پرولین آزاد شده است که با یافته حاصل از این پژوهش مطابقت دارد (21).
کاهش پروتئین برگ و ریشه و افزایش آمینواسیدهای آزاد ریشه در خشکی میتواند به دلیل افزایش فعالیت پروتئاز یا کاهش بیوسنتز پروتئینها در تنش خشکی باشد (18). افزایش محتوای پروتئینهای محلول برگ و ریشه با 60 +40 میکرومولار پوتریسین+ اسپرمین در گیاهان تحت تنش خشکی نیز شاید به دلیل سنتز از نو پروتئینهای خاص یا جلوگیری از تجزیه پروتئینها با این تنظیمکنندههای رشد باشد. پلیآمینها جهت حفاظت از غشای پلاسمایی در برابر صدمات تنش، از فعالیت پروتئاز ممانعت میکنند. همچنین پیوند کووالان پلیآمینها با پروتئینها به پایداری ساختار و عمل سلول کمک میکند (28).
نتیجه گیری
تنش خشکی سبب تغییرات فیزیولوژیک و کاهش رشد گیاه گلرنگ شد و کاربردغلظتهای ترکیبی پوتریسین و اسپرمین در کاهش اثرات تنش خشکی مؤثر بودند. محلولپاشی 60+40 میکرومولار پوتریسین+اسپرمین بیشترین اثر مثبت در بهبود شاخصهای رشد و افزایش رنگیزههای فتوسنتزی، سطح برگی، پروتئین محلول کل برگ و قندهای محلول اندام هوایی را به همراه داشت. پلیآمینها میتوانند در کاهش اثرات مخرب تنش خشکی مؤثر باشند و سبب افزایش تحمل خشکی و افزایش عملکرد در گیاه گلرنگ شوند. این نتیجه میتواند در استفاده از آنها بهمنظور کشت گیاه گلرنگ در مناطق کم باران و همچنین کاهش مصرف آب در کشاورزی مفید واقع گردد.