Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology)

The study of drought stress and Bio fertilizer of nitrogen on some biochemical traits of Marigold medicinal plant (Calendula officinalis L.)

Document Type : Research Paper

Authors

2723

Abstract

To determine the effects of drought stress and nitrogen bio-fertilizer on yield and biochemical indices of medicinal plant of Calendula(Calendula officinalis L.),an experiment was carry out at research farm of Agriculture in Shahed University.This study was conducted using split plot design based on(RCBD)with three replications in2010-2011.The experiment factors including of different levels of drought stress at forth leaflet stages as main factor(applying soil water potential of 0.5atm as Control((FC)field capacity),soil water potential of 3.5atm as moderate stress, soil water potential of 6.5atm as highly severe stress,and applying soil water potential of 10atm as severe stress)and levels of nitrogen bio-fertilizer as sub factor were consist of(Control(no applying nitrogen bio fertilizer),incorporation of 2Liter/ha nitrogen bio fertilizer with water irrigation and inoculation of 2Liter/ha nitrogen bio-fertilizer with seed treatment), were considered in sub plots.The results showed that drought stress,nitrogen bio-fertilizer and its interaction had significant effect on all characters except for plant height and root weight(P<0.01).In which with rising of drought stress, length roots(16%),anthocyanins content(23%),carotenoids content(71%),and soluble sugars(36%),proline content(47%)and photosynthetic pigments content(63%)increased.In that the greatest of flower yield and extract obtained in field capacity irrigation,and so under severe stress flower yield and the extract amount decrease to20%and50%respectively.The most of plant height,flower yield,photosynthesis pigments content,proline content and yield of flower extract were obtained when nitrogen of bio-fertilizer was used in case of seeding.Correlation coefficients showed that between flower yield with biochemical indices there were a meaningful negative correlations(P<0.01).Overall results showed that Calendula can endure relatively high level of drought with applying 2liter of bio-fertilizer.

Keywords

بررسی تنش خشکی و کود زیستی نیتروژنه بر برخی ویژگی­های بیوشیمیایی گیاه دارویی همیشه بهار (Calendula officinalis L.)

لیلا جعفرزاده، حشمت امیدی* و عبدالامیر بستانی 

تهران، دانشگاه شاهد، دانشکده کشاورزی 

تاریخ دریافت: 13/8/90               تاریخ پذیرش: 1/9/91 

چکیده 

به‌منظور بررسی اثرات تنش خشکی و کود زیستی نیتروژن بر عملکرد گل، محتوی ترکیبات محلول و شاخص­های بیوشیمیایی گیاه دارویی همیشه بهار (Calendula officinalis L.)، مطالعه­ای در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه شاهد تهران انجام شد. این آزمایش بصورت اسپلیت­پلات در قالب طرح پایه بلوک‏های کامل تصادفی در 3 تکرار و در سال زراعی 90-89 اجرا گردید. فاکتورهای آزمایش شامل سطوح مختلف خشکی در مرحله چهار برگی به‌عنوان فاکتور اصلی (پتانسیل رطوبت خاک 5/0 اتمسفر به‌عنوان شاهد (FC (ظرفیت زراعی))، پتانسیل 5/3 اتمسفر به‌عنوان تنش ملایم، پتانسیل 5/6 اتمسفر به‌عنوان تنش نسبتاً شدید و پتانسیل 10 اتمسفر به‌عنوان تنش شدید) و سطوح کود زیستی نیتروژن به‌عنوان فاکتور فرعی (شاهد (بدون اعمال تیمار)، اختلاط دو لیتر کود زیستی نیتروژنه همراه با آب آبیاری و اختلاط دو لیتر کود زیستی نیتروژنه بصورت بذرمال) در نظر گرفته شدند. در این تحقیق، ویژگی­های ارتفاع بوته، طول و وزن ریشه، عملکرد گل، محتوی آنتوسیانین، کاروتنوئید، قند محلول، رنگیزه­های فتوسنتزی، محتوی پرولین آزاد و مقدار عصاره در 100 گرم گل خشک اندازه­گیری شد. نتایج نشان داد که خشکی، کود زیستی نیتروژن و اثر برهم‌کنش آنها بر تمام صفات بجز ارتفاع بوته و وزن ریشه تأثیر معنی­داری داشت (P<0.01). به‌طوری‌که با افزایش سطح خشکی طول ریشه (16%)، محتوی آنتوسیانین (23%)، کاروتنوئید (71%)، قندهای محلول (36%)، محتوی پرولین (47%) و رنگیزه­های فتوسنتزی (63%) افزایش یافت. اما افزایش آنها مانع کاهش عملکرد گل و عصاره نشد، به‌طوری‌که بیشترین میزان عملکرد گل و عصاره در آبیاری مطلوب حاصل شد؛ بنابراین تحت تنش شدید عملکرد گل به 20 درصد و میزان عصاره به 50 درصد تقلیل یافت. بیشترین ارتفاع بوته، عملکرد گل، محتوی رنگیزه­های فتوسنتزی، محتوی پرولین و مقدار عصاره زمانی حاصل شد که از کود زیستی بصورت بذرمال استفاده شد. ضرایب همبستگی نشان داد که بین عملکرد گل با محتوی آنتوسیانین، کاروتنوئید و رنگیزه­های فتوسنتزی همبستگی منفی و معنی­داری (P<0.01) وجود دارد. بطور کلی نتایج نشان داد که گیاه همیشه بهار می­تواند همراه با کاربرد 2 لیتر کود زیستی نیتروکسین سطوح نسبتاً بالای خشکی (5/6 اتمسفر) را تحمل نماید.

واژه­های کلیدی: همیشه بهار، مقدار عصاره، رنگدانه‌های فتوسنتزی، قند محلول، آنتوسیانین، پرولین

* نویسنده مسئول، تلفن: 091228762950 ، پست‌الکترونیکی:heshmatomidi@yahoo.com

مقدمه

 

گیاهان دارویی مخازن غنی از متابولیت­های ثانویه یعنی مواد اولیه اساسی بسیاری از داروها می­باشند. اگرچه مواد مذکور اساساً با هدایت فرایندهای ژنتیکی ساخته می­شوند، ولی ساخت آنها بطور بارزی تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می­گیرد. به‌طوری که عوامل محیطی باعث تغییراتی در رشد گیاهان دارویی و نیز در مقدار و کیفیت مواد مؤثره آن­ها نظیر آلکالوئیدها، گلیکوزیدها، استروئیدها، روغن­های فرار (اسانس­ها) و امثال آن می­گردد. محصول زراعی یک گیاه دارویی از نظر اقتصادی وقتی مقرون به صرفه است که مقدار متابولیت­های ثانویه آن به حد مطلوب رسیده باشد. در نتیجه با انتخاب عوامل محیطی و ارقام گیاهی مناسب می­توان به حداکثر مقدار محصول دست یافت (9).

گیاه دارویی همیشه بهار با نام علمی
(Calendula officinalis L.)، گیاهی بوته­ای از خانواده کاسنی (Asteracea) است؛ که به اسامی همیشه بهار باغی، همیشه بار، آذرگون، زبیده و قرمهان معروف می­باشد (8). هدف از کشت این گیاه، تولید دارو و مواد مؤثره موجود در گل­ها و مخصوصاً در گلبرگ­ها می­باشد (30).

همیشه بهار در درمان زخم معده و روده (21)، سوختگی، ناراحتی­های پوستی و درمان کبودی مؤثر است (20). از پماد آن برای درمان زخم، تب­خال و سرمازدگی (31) و از گل­های آن به‌عنوان رنگ­های خوراکی استفاده می­شود (21).

خشکی یکی از مهمترین عوامل محدودکننده رشد گیاهان در سرتاسر جهان و شایعترین تنش محیطی است (3 و 16). به خوبی مشخص شده که اثر تنش آبی بر رشد و عملکرد بستگی به ژنوتیپ گیاه دارد (18). اما شرایط محیطی (38) و مدیریت گیاه (34) نیز تعیین کننده عملکرد کمی و کیفی در گیاهان می­باشد (27). کشور ایران با متوسط بارندگی 240 میلی‌متر (معادل یک سوم میانگین جهانی) جزء مناطق خشک و نیمه‌خشک محسوب می‌گردد (23). در نتیجه شرایط محیطی ازجمله عوامل تغییر دهنده عملکرد گیاهان می­باشد (25).

آب یکی از مهمترین عوامل محیطی است که تأثیر عمده­ای بر رشد و نمو و مواد مؤثره­ی گیاهان دارویی دارد(25). کمبود آب در جریان تولید گیاهان می­تواند صدمات فراوانی به رشد و نمو و همچنین بر مواد مؤثره­ی دارویی گیاهان وارد نماید (2). شناسایی زمان بحرانی و زمان­بندی بر مبنای یک برنامه دقیق و اساسی برای گیاه، کلیدی برای نگهداری آب و بهبود عملیات آبیاری و قابلیت تحمل گیاه به کمبود آب در کشاورزیست (32).

بطور کلی بقاء گیاه در شرایط تنش مستلزم توانایی آن در برابر شرایط اسمزی شدید حاصل از خشکی می­باشد(3). تنظیم اسمزی به‌عنوان جزئی مهم از مکانیسم تحمل به تنش خشکی در گیاهان در نظر گرفته می­شود(4 و5). گیاهان در شرایط محیطی متفاوت، برای تنظیم پتانسیل اسمزی درون سلول، مواد محلول با وزن مولکولی کم و سازگار را تولید و تجمع می‌دهند(3). این مواد عموماً شامل اسیدهای آمینه، قندهای محلول و اسیدهای آلی می­باشد که در بین آنها احتمالاً پرولین گسترده­ترین نوع اسمولیت است که بنظر می­رسد تجمع آن در سازگاری به خشکی در بسیاری از گیاهان دخالت دارد (3 و 14). نقش و اهمیت تجمع قندها نیز به این دلیل می­باشد که تجمع این مواد سبب تنظیم فشار اسمزی و کاهش از دست دادن آب سلول و نگهداری آماس می­شود (10و5).

طیف وسیعی از اختلالات مولکولی که منجر به ایجاد آسیب­های فیزیولوژیکی در گیاهان تحت تنش خشکی می­شوند را می‌توان ناشی از تولید رادیکال­های فعال و مخرب اکسیژن دانست. این رادیکال­ها واکنش­هایی را هدایت می­کنند که سبب نابودی DNA، پراکسیداسیون چربی­ها، تخریب پروتئین­های غشایی و ماکروپروتئین­ها در سلول ازجمله رنگریزه­های کلروفیل و آنزیم­ها می­شوند (15).

آنتوسیانین موجود در گیاه نیز به‌عنوان گیرنده رادیکال­های آزاد عمل می­کند و گیاهان را در برابر تنش­های اکسیداتیو محافظت می­کند. آنتوسیانین­ها در جذب حشرات گرده‌افشان، پراکندگی دانه، حفاظت در برابر آسیب­های اشعه ماوراء‌بنفش نور، و حمله پاتوژن درگیرند. به تازگی، پژوهش در زمینه آنتوسیانین­ها بدلیل منافع بالقوه آنها در سلامت انسان، ازجمله حفاظت در برابر سرطان، التهاب و بیماریهای عروق کرونر قلب گسترش یافته است (29).

امروزه بکارگیری جانداران مفید خاک­زی تحت عنوان کودهای بیولوژیک به‌عنوان طبیعی­ترین و مطلوبترین راه‌حل برای زنده و فعال نگه داشتن سیستم حیاتی خاک در اراضی کشاورزی مطرح می­باشد. کودهای زیستی شامل مواد نگهدارنده­ای با جمعیت متراکم یک یا چند نوع ارگانیسم مفید خاکزی و یا بصورت فراورده متابولیکی این موجودات می­باشند که بمنظور تأمین عناصر غذایی مورد نیاز گیاه در یک اکوسیستم زراعی بکار می­روند (6). چنانچه نیتروژن در دسترس، کمتر یا بیشتر از حد مطلوب رشد گیاه باشد، موجب اختلال در فرایندهای حیاتی گیاه می­شود که ممکن است سبب کاهش تعرق و یا حتی توقف رشد زایشی شود (35).

از آنجایی که تأکید عمده کشاورزی پایدار بر روی افزایش کیفیت و پایداری عملکرد محصولات کشاورزی می­باشد و نیز مطالعات انجام شده بر روی گیاهان دارویی در اکوسیستم­های طبیعی و زراعی گویای آن است که استفاده از نظام کشاورزی پایدار بهترین شرایط را برای تولید این گیاهان فراهم می­آورد و حداکثر عملکرد کمی و کیفی در چنین شرایطی حاصل می‌گردد (1)؛ بنابراین رویکرد جهانی در تولید گیاهان دارویی به سمت استقرار این سیستم و بکارگیری روش­های مدیریتی آنها می­باشد که یکی از این روش­ها، استفاده از کودهای زیستی است.

اگرچه مطالعاتی برای ارزیابی تحمل به خشکی گونه­های گیاهی انجام شده است، ولی تاکنون بمنظور ارزیابی اثر خشکی و کاربرد کودهای زیستی بر خواص بیوشیمیایی گیاه همیشه بهار پژوهش‌های کمی صورت گرفته است. با توجه به اهمیت این گیاه و نقش آن در تأمین سلامت جامعه، هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر خشکی و کاربرد کودزیستی نیتروژن بر ویژگی­های بیوشیمیایی گیاه دارویی همیشه بهار می­باشد.

مواد و روشها

به‌منظور بررسی تأثیر تنش خشکی و کود زیستی نیتروژنه بر ویژگی­های بیوشیمیایی گیاه دارویی همیشه بهار (Calendula officinalis L.) آزمایشی در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شاهد طی سال زراعی 90-89 انجام شد. مشخصات مزرعه تحقیقاتی در جدول 1 و 2 نشان داده شده است.

 

 

جدول 1- مشخصات مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی شاهد

میانگین سالیانه بارندگی (mm)

عرض جغرافیایی

طول جغرافیایی

ارتفاع از سطح دریا (m)

میانگین سالیانه

دما(c◦)

216

¢34 و °35

¢8 و °51

1190

1/17

 

جدول 2- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مزرعه تحقیقاتی

Soil T

Texture

K
(mg/kg)

P
(mg/kg)

N
(%)

O.C
(%)

اسیدیته (pH)

شوری (dS/m)

Clay (%)

Silt (%)

Sand (%)

لومی

0/20

0/36

0/44

270

6/7

05/0

57/0

71/7

2/1

 

 

این آزمایش بصورت اسپلیت­پلات و در قالب طرح پایه بلوک­های کامل تصادفی و در 3 تکرار اجرا گردید. فاکتورهای آزمایش شامل 4 سطح خشکی در مرحله چهار برگی به بعد به‌عنوان فاکتور اصلی (1- متوسط پتانسیل رطوبت خاک در حد 5/0 اتمسفر به‌عنوان شاهد (FC (ظرفیت زراعی))، 2- پتانسیل رطوبت خاک حدود 5/3 اتمسفر به‌عنوان تنش ملایم، 3- پتانسیل رطوبت خاک حدود 5/6 اتمسفر به‌عنوان تنش نسبتاً شدید و 4- پتانسیل رطوبت خاک حدود 10 اتمسفر به‌عنوان تنش شدید) و روش استفاده از کود زیستی نیتروژن به‌عنوان فاکتور فرعی (1- شاهد (بدون اعمال تیمار)، 2- اختلاط دو لیتر کود زیستی نیتروژنه همراه با آب آبیاری و 3- کاربرد دو لیتر کود زیستی نیتروژنه بصورت بذرمال) بود.

در نیمه دوم اردیبهشت ماه 1390، در کرت­هایی به مساحت 6 متر مربع، با آرایش کاشت 15×40، تمام کرت­های گیاه همیشه بهار بطور همزمان کشت شدند. فاصله هر کرت با کرت مجاور 1 متر در نظر گرفته شد. از آنجایی‌که در سال اول حداکثر 30 درصد نیتروژن مورد نیاز گیاه توسط نیتروکسین قابل تأمین است، بنابراین با توجه به کمبود نیتروژن خاک، مقدار 240 کیلوگرم در هکتار نیتروژن و 330 کیلوگرم سوپر فسفات تریپل به مزرعه داده شد. در مرحله 4 برگی، اعمال سطوح تنش شروع شد. اعمال تیمار نیتروکسین نیز بصورت تقسیط در مرحله 8 برگی به بعد بمنظور کارایی بیشتر انجام گردید. به‌منظور کاربرد کود زیستی بصورت پیش تیمار بذرمال قبل از کشت، بذرها با کود زیستی حاوی باکتری­های نیتروژنه بمدت 24 ساعت در دمای 17 درجه سانتیگراد خیس شدند، سپس نگهداری و پس از کاهش رطوبت اقدام به کشت آنها گردید. در طی آزمایش عملیات معمولی زراعی شامل تنک کردن، وجین، سله‌شکنی و مبارزه با آفات انجام و تا زمان سبز شدن کامل گیاهان تمام کرت­ها بطور یکنواخت آبیاری شد. البته از زمان گلدهی کامل نیز گل­ها در سه چین برداشت شدند.

ارتفاع بوته و طول ریشه با استفاده از خط­کش میلی­متری محاسبه شد. برای اندازه­گیری پرولین از روش Bates (1973) و برای تعیین میزان کلروفیل a، b و کل و محتوی کاروتنوئید بر حسب میلی­گرم بر گرم وزن تر برگ از روش Arnon (1949) استفاده شد. در این رابطه، V حجم محلول و W وزن نمونه برگ می­باشد.

Ca=12.7 (A663)-2.69 (A645) × V/1000W

Cb=22.9 (A645)-2.69 (A663) × V/1000W

CT=20.2 (A645) + 8.02 (A663) × V/1000W

Carotenoid=7.6 (A480)- 14.9 (A510) × V/1000W

برای عصاره­گیری از گیاه، 100 گرم از پودر خشک گل را در 1 لیتر اتانول 80 درصد بمدت 48 ساعت خیسانده و پس از سانتریفیوژ، عصاره الکلی حاصل را در پتری قرار داده تا اتانول آن تبخیر شود؛ اختلاف بین وزن پتری حاوی عصاره و پتری خالی وزن عصاره را نشان داد.

غلظت آنتوسیانین به روش Wanger (1979) اندازه گرفته شد. برای سنجش میزان آنتوسیانین 1/0 گرم برگ تر با دقت وزن شده، در هاونی که حاوی 5 میلی لیتر متانول اسیدی (متانول 5/99 اسید کلریدریک خالص به نسبت 99 به 1) بود، خوب ساییده شد. سپس 5 میلی لیتر دیگر متانول اسیدی به آن اضافه شد. عصاره حاصل به لوله آزمایش در پیچ­دار منتقل گردید و درب آن محکم بسته شد و بمدت 24 ساعت در تاریکی در دمای آزمایشگاه قرار گرفت و عصاره حاصل پس از 24 ساعت بمدت 10 دقیقه با دور g4000 سانتریفوژ گردید. 3 میلی لیتر از محلول رویی را در کووت ریخته و شدت جذب آن در طول موج 550 نانومتر توسط اسپکتوفتومتر خوانده شد. برای محاسبه غلظت آنتوسیانین از ضریب خاموشی معادل mM-1cm-1 33000 استفاده شد. برای محاسبه غلظت با استفاده از ضریب خاموشی از رابطه زیر استفاده شد. در این فرمول A میزان جذب خوانده شده در 550 نانومتر،  εضریب خاموشی و B عرض کووت (cm 1) می­باشد.

A=εBC

برای اندازه­گیری کربوهیدرات­های محلول، 1/0 میلی­لیتر عصاره الکلی با 3 میلی­لیتر آنترون تازه تهیه شده (150 میلی­گرم آنترون + 100 میلی­لیتر سولفوریک اسید 72%) مخلوط گردید. این محلول ده دقیقه در حمام آب‌جوش قرار داده شد تا واکنش انجام و رنگی شود، سپس میزان جذب آن با اسپکتروفتومتر در طول موج 625 نانومتر قرائت و مقدار قندهای محلول محاسبه شد (33).

تجزیه واریانس داده‌ها با نرم‌افزار آماری SAS و مقایسه میانگین‌ها با استفاده از آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد انجام گردید. 

نتایج

ارتفاع بوته: خشکی و اثر برهم‌کنش آن با کاربرد نیتروکسین تأثیر معنی­داری (P<0.01) بر ارتفاع بوته داشت (جدول 3)؛ به‌طوری‌که بیشترین ارتفاع بوته در تنش ملایم (11/27 سانتیمتر) و کمترین آن در تنش شدید (55/19 سانتیمتر) مشاهده شد. با این حال، نتایج تفاوت معنی­داری را بین شاهد و سطوح میانی خشکی نشان نداد (جدول 4). همچنین در شرایط بدون تنش و تنش ملایم، استفاده از کود نیتروکسین همراه با آب آبیاری مفید بود (جدول 6). همبستگی بین ارتفاع بوته با طول ریشه (P<0.05) و کلروفیل a (P<0.01) منفی و با عملکرد گل (P<0.05) مثبت و معنی­دار بود (جدول 7).

طول ریشه: خشکی، کاربرد نیتروکسین و اثر متقابل آنها بر طول ریشه گیاه تأثیر معنی­داری (P<0.01) داشت (جدول 3). نتایج نشان داد که با افزایش تنش طول ریشه نیز افزایش می­یابد؛ به‌طوری که بیشترین و کمترین طول ریشه به‌ترتیب در تنش شدید (21/21 سانتی­متر) و آبیاری مطلوب (73/17 سانتی­متر) حاصل شد (جدول 4). کاربرد کود نیتروکسین نیز همراه با آب آبیاری باعث افزایش طول ریشه (57/20 سانتی­متر) شد؛ اما با عدم مصرف نیتروکسین تفاوت معنی­داری نداشت (جدول 5). البته اثر متقابل نشان داد که در تنش نسبتاً شدید و عدم کاربرد کود، بیشترین طول ریشه (16/23 سانتی­متر) حاصل می­شود (جدول 6). جدول ضرایب همبستگی نشان داد که طول ریشه با عملکرد گل و درصد عصاره همبستگی منفی و با آنتوسیانین، کاروتنوئید و کلروفیل a همبستگی مثبت و معنی­داری (P<0.01) دارد (جدول 7).

 

نمودار 1- تاثیر تنش خشکی بر عملکرد گل

  

نمودار 2- تاثیر تنش خشکی بر محتوی پرولین

وزن ریشه: نتایج نشان داد که خشکی بر وزن ریشه معنی­دار (P<0.01) است (جدول 3). با افزایش خشکی تا تنش نسبتاً شدید بر وزن ریشه افزوده شد اما در تنش شدید مجدداً کاهش یافت (جدول 4). جدول اثر متقابل تنش و کاربرد نیتروکسین نیز نشان داد که بیشترین وزن ریشه در تنش نسبتاً شدید و در هر 3 سطح نیتروکسین حاصل می شود (جدول 6). البته بین وزن ریشه و محتوی قندهای محلول، کلروفیل b و کلروفیل کل همبستگی مثبت و معنی­داری وجود داشت (جدول 7).

عملکرد گل: عملکرد گل تحت تأثیر تنش خشکی قرار گرفت (P<0.01) به‌طوری که بالاترین عملکرد گل (46/574 کیلوگرم در هکتار) در شرایط مطلوب حاصل شد (جدول 3 و نمودار 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

کاربرد نیتروکسین بر عملکرد گل تأثیر معنی­داری گذاشت؛ به‌طوری‌که با مصرف نیتروکسین بصورت بذرمال بیشترین عملکرد حاصل شد (جدول 5). اثر برهم‌کنش دو تیمار نیز همین نتایج را نشان می­داد و در شرایط مطلوب آبیاری و کاربرد نیتروکسین بصورت بذرمال بیشترین عملکرد حاصل شد (جدول 6). جدول ضرایب همبستگی نشان داد که بین عملکرد گل و محتوی آنتوسیانین، کاروتنوئید و رنگیزه­های فتوسنتزی همبستگی منفی و معنی­داری (P<0.01) وجود دارد (جدول 7).

محتوی آنتوسیانین: خشکی، کاربرد نیتروکسین و اثر متقابل آنها بر محتوی آنتوسیانین اثر معنی­داری (P<0.01) داشت (جدول 3)؛ به‌طوری که بیشترین (02/4 میلی­مولار بر گرم وزن تر) و کمترین (11/3 میلی­مولار بر گرم وزن تر) میزان به‌ترتیب در تنش شدید و آبیاری مطلوب حاصل شد (جدول 4). همچنین کاربرد نیتروکسین همراه با آب آبیاری باعث افزایش آنتوسیانین در گیاه نسبت به بقیه تیمارهای کودی شد (جدول 5). اثر متقابل نیز نشان داد که تنش نسبتاً شدید همراه با کاربرد نیتروکسین بصورت بذرمال سبب تولید بیشترین میزان آنتوسیانین در برگ شد (جدول 6). افزایش محتوی آنتوسیانین برگ گیاه باعث افزایش محتوی رنگیزه‌های فتوسنتزی و پرولین شده و بین آنها همبستگی مثبت و معنی­داری وجود داشت (جدول 7).

محتوی کاروتنوئید: تنش خشکی، کاربرد نیتروکسین و اثر متقابل آنها بر محتوی کاروتنوئید گلبرگ­ها (P<0.01) معنی­دار بود (جدول 3) و بیشترین میزان آن در تنش شدید (36/3 میلی­گرم بر گرم وزن تر گلبرگ) و کمترین میزان در تنش ملایم (96/0 میلی­گرم بر گرم وزن تر گلبرگ) حاصل شد (جدول 4). عدم کاربرد نیتروکسین نیز باعث افزایش کاروتنوئید شد (جدول 5).

محتوی قندهای محلول: نتایج نشان داد که آزمایش بر محتوی قندهای محلول تأثیر معنی­داری (P<0.01) داشت (جدول3). بیشترین میزان قند در تنش نسبتاً شدید (63/240 میلی­گرم بر گرم وزن تر) حاصل شد، اما بین بقیه سطوح تیمار خشکی تفاوت معنی­داری مشاهده نشد (جدول 4). در تیمار کودی، بیشترین محتوی قند با کاربرد نیتروکسین حاصل شد، اما بین روش­های مصرف تفاوت معنی­داری مشاهده نشد؛ بعبارت دیگر، مصرف کود بر عدم مصرف برتری داشت (جدول 5). اثر متقابل تیمارها نیز نشان داد که بیشترین میزان قندهای محلول در تنش نسبتاً شدید و کاربرد نیتروکسین همراه با آب آبیاری حاصل شد (جدول 6). البته بین قندهای محلول و محتوی رنگیزه­های فتوسنتزی همبستگی مثبت و معنی­داری وجود داشت (جدول 7).

محتوی رنگیزه­های فتوسنتزی: نتایج نشان داد که تنش خشکی، کاربرد نیتروکسین و اثر متقابل آن‌ها تأثیر معنی­داری (P<0.01) بر محتوی رنگیزه­های فتوسنتزی داشت (جدول 3)؛ به‌طوری‌که بیشترین مقدار کلروفیل a در تنش شدید (92/13 میلی­گرم بر گرم وزن تر برگ) و بیشترین مقدار کلروفیلb  و کلروفیل کل در تنش نسبتاً شدید حاصل شد. کمترین محتوی رنگیزه­های فتوسنتزی نیز در آبیاری مطلوب حاصل شد (جدول 4). با مصرف نیتروکسین همراه با آب آبیاری کمترین محتوی رنگیزه­های فتوسنتزی حاصل شد (جدول 5). اثر برهم‌کنش دو تیمار هم نشان داد که کلروفیل a در تنش شدید با مصرف نیتروکسین بصورت بذرمال و کلروفیل b و کلروفیل کل در تنش نسبتاً شدید با همان تیمار کودی، به بیشترین میزان رسید (جدول 6).

محتوی پرولین: محتوی پرولین تحت تأثیر تنش خشکی (P<0.01) قرار گرفت (جداول 3) و با افزایش تنش تا سطح نسبتاً شدید افزایش یافت، اما پس از آن بطور معنی­داری کاهش نشان داد (نمودار 2). کاربرد نیتروکسین نیز تأثیر معنی­داری (P<0.01) بر محتوی پرولین داشت و استفاده بصورت بذرمال، بیشترین میزان پرولین (15/6 میلی­گرم بر گرم وزن تر برگ) را در گیاه ایجاد کرد (جدول 5)؛ همچنین جدول مقایسه میانگین اثرات برهم‌کنش تیمارها نشان داد که بیشترین میزان پرولین در تنش نسبتاً شدید و استفاده از نیتروکسین بصورت بذرمال حاصل شد (جدول 6).

مقدار عصاره در 100 گرم گل خشک (درصد عصاره گل خشک): تجزیه واریانس نشان داد که خشکی، کاربرد نیتروکسین و اثر برهم‌کنش آنها بر مقدار عصاره گل تأثیر معنی­داری (P<0.01) داشت. به‌طوری‌که بیشترین و کمترین مقدار آن به‌ترتیب در شرایط مطلوب آبیاری (79/22 درصد) و تنش ملایم (40/11 درصد) حاصل شد (جدول 3 و 4). همچنین بهترین روش استفاده از نیتروکسین، بصورت بذرمال بود؛ اما بین تیمار بذرمال و استفاده از نیتروکسین با آب آبیاری تفاوت معنی­داری وجود نداشت (جدول 5). اثر برهم‌کنش آنها نیز نشان داد که بهترین تیمار آبیاری بصورت مطلوب و استفاده از نیتروکسین با آب آبیاری است؛ اما بین این ترکیب و استفاده از نیتروکسین بصورت بذرمال تنش نسبتاً شدید تفاوت معنی­داری وجود نداشت (جدول 6).

بحث

نتایج نشان داد که تنش خشکی تا حدی باعث افزایش ارتفاع بوته و بعد باعث کاهش آن می­شود. اما طول ریشه با افزایش تنش افزایش یافت (جدول 4). ریشه به‌عنوان جزء اصلی گیاه در استقرار و پایداری آن از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. اثرات نامطلوب خشکی بر رشد گیاهان می­تواند با توسعه ریشه جبران شده و باعث افزایش جذب آب توسط گیاه شود. این فرایند با عمیق­تر شدن ریشه­ها، تغییر توزیع سیستم ریشه و یا تغییر اندازه آوندهای ریشه صورت می­گیرد (7). این نتایج با نتایج راد و همکاران (1387) روی گیاه تاغ مطابقت داشت، اما علی­آبادی و همکاران (1387) نشان دادند که طول ریشه گیاه گشنیز در تنش خشکی کاهش می­یابد.

بیشترین عملکرد کل گل در شرایط مطلوب آبیاری حاصل شد و با افزایش تنش خشکی عملکرد گل کاهش یافت (جدول 3 و 4)؛ بنظر می­رسد که کاهش مواد فتوسنتزی به علت کاهش سطح برگ و انتقال مواد آسیمیلاتی به سمت گل­ها سبب کاهش وزن آنها شده است. این نتایج با نتایج Shubhra و همکاران (2004) بر همیشه بهار مطابقت دارد.

کاربرد نیتروکسین نیز بر عملکرد گل مؤثر بود و بیشترین عملکرد با مصرف نیتروکسین بصورت بذرمال حاصل شد (جدول 3 و 5). نتیجه آزمایش فریبرزی (1378) روی گیاه بابونه نشان داد که اثر نیتروژن روی عملکرد گل بابونه در سطح 5 درصد معنی­دار بود.Kapoor  و همکاران (2004) هم گزارش کردند که همزیستی رازیانه با دو گونه قارچ VAM بطور معنی­داری سبب بهبود عملکرد و اجزای عملکرد رازیانه شد. به‌هرحال تحریک رشد گیاهان توسط باکتری­های ریزوسفری از طریق تثبیت اتمسفر، افزایش قابلیت دسترسی عناصر غذایی در ناحیه ریزوسفر، افزایش سطح تماس ریشه، تولید تنظیم­کننده­های رشد و بهبود همزیستی مفید با گیاه میزبان در مراحل مختلف رشد انجام می­گیرد.

آنتوسیانین­ها رنگدانه­هایی محلول در آب هستند که متعلق به خانواده فلاونوئیدها می­باشند. تحقیق حاضر نشان داد که با افزایش تنش خشکی میزان آنتوسیانین در گیاه زیاد می­شود (جدول 4). تحقیقات نیز نشان می­دهد که این رنگدانه در برابر استرس­های محیطی مانند اشعه ماوراء‌بنفش، خشکی و درجه حرارت پایین افزایش می­یابد و گیاه را در برابر رادیکال­های آزاد محافظت می­کند (37). این نتایج با نتایج آزمایش‌ها بر روی سیب­زمینی (40) و نیز گیاه Cistus clusii (22) در یک راستاست. در واقع، این نتایج نشان‌دهنده افزایش مسیر اصلی تولید فلاونوئید است که منجر به تولید آنتوسیانین می­شود (40).

نتایج نشان داد با افزایش تنش تا تنش نسبتاً شدید بر میزان کاروتنوئید گلبرگ­ها افزوده شد (جدول 4). ازجمله نقش های مهم کاروتنوئید محافظت از غشاهای تیلاکوئیدی و جلوگیری از فتواکسیداسیون کلروفیل­ها می­باشد. Jeyaramraja و همکاران (2005) مشاهده کردند که تنش ملایم آب سبب افزایش کاروتنوئیدها می­شود، در حالی که کمبود شدید آب موجب کم شدن کاروتنوئیدها علاوه بر کاهش کلروفیل شد. اما در این تحقیق، مشاهده شد که محتوی کاروتنوئید همیشه بهار همراه با افزایش خشکی افزایش می­یابد.

نتایج بدست آمده حکایت از آن دارد که مقدار پرولین و قندهای محلول در شرایط تنش کم آبی تا تنش نسبتاً شدید در گیاه همیشه بهار افزایش می­یابد. بنابراین، مطابق با نتایج بدست‌آمده توسط سایر پژوهشگران (4 و13) می­توان بیان نمود که اسمولیت­ها در سیتوزول برای تعدیل فشار اسمزی تجمع یافته­اند. همچنین این روند افزاینده در مقدار قندهای محلول همسو با پرولین است که این نتیجه نیز مطابق با گزارش­هایی مبنی بر ارتباط این دو در شرایط تنش می­باشد (26).

مقدار عصاره گل در شرایط مطلوب آبیاری و استفاده از کود نیتروکسین به بیشترین مقدار ­رسید (جدولهای 3، 4، 5 و 6). برخلاف نتایج این تحقیق، Jiquan و همکاران (2000) در تحقیقی روی گیاه Acer negundo نتیجه گرفتند که با افزایش تنش، بیشتر ترکیبات اسانس گیاه افزایش می­یابد. همچنین نتایج تحقیقی روی گیاه همیشه بهار نشان داد که تش ملایم (140 میلیمتر تبخیر از تشتک کلاس A)، باعث تولید بیشترین عملکرد ماده خشک و عصاره ­شد(25).

نتیجه­گیری

با توجه به نتایج می­توان چنین نتیجه گرفت که گیاهان در هنگام تنش خشکی با ایجاد تغییرات در برخی از خصوصیات فیزیولوژیکی خود به تنش پاسخ می­دهند؛ ازجمله این پاسخ­ها می­توان به افزایش طول ریشه، محتوی آنتوسیانین، کاروتنوئید و پرولین در گیاه اشاره کرد که باعث دوام گیاه دارویی همیشه بهار در تنش­های بسیار شدید شده و در خشکی 10 اتمسفر نیز تولید عملکردی پایین را می‌نماید. استفاده از کود زیستی نیتروکسین نیز باعث افزایش عملکرد گل و میزان عصاره شد. استفاده از نیتروکسین بصورت بذرمال سبب شد که گیاه در تنش نسبتاً شدید بتواند تولید عصاره­ای در حد میزان عصاره تولید شده در سطح آبیاری مطلوب داشته باشد. البته باید گفت احتمالاً افزایش عصاره در تنش نسبتاً شدید بدلیل افزایش آنتوسیانین، محتوی رنگیزه­های فتوسنتزی و محتوی پرولین در این سطح می­باشد.

  1. اکبرنیا، ا.، بررسی عملکرد و ماده موثره زنیان در سیستم های کشاورزی متداول ارگانیک و تلفیقی، رساله دکتری زراعت، 1382، دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس.
  2. امیدبیگی، ر.، 1379. رهیافت­های تولید و فرآوری گیاهان دارویی. جلد اول، چاپ دوم، انتشارات طراحان نشر، تهران، 283 صفحه.
  3. امیدی، ح، موحدی پویا، ف,موحدی پویا، ش.1390. اثر هورمون سالسیلیک­اسید و خراش­دهی بر ویژگی­های جوانه­زنی و محتوی  پرولین، پروتئین و کربوهیدرات محلول گیاهچه کهورک (Prosopis farcta L.) در شرایط شوری. تحقیقات مرتع و بیابان ایران زمستان.18(4): 608-623.
  4. ثمن م، سپهری ع, احمدوند گ.1390. تجمع ماده خشک و تولید متابولیت های سازگار در شش ژنوتیپ نخود تحت سطح مختلف رطوبت خاک  مجله زیست شناسی ایران.24(3): 373-389.
  5. چاوشی م,آروین م ج، منوچهری کلانتری خ، 1389. مطالعه اثر متیل ژاسمونات بر رنگیزه های فتوسنتزی، پروتئین، یونهای سدیم و پتاسیم و برخی پارامترهای رشد در گیاه گلرنگ (Carthamus tinctorius L.) تحت تنش شوری. مجله زیست شناسی ایران.23(3): 397-408.
  6. درزی، م. ت.، قلاوند، ا. و رجالی، ف.، 1388. تاثیر مصرف کودهای بیولوژیک بر روی جذب عناصر N، P، K و عملکرد دانه در گیاه دارویی رازیانه (Foeniculum Vulgare Mill.). تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران. 25(1): 1-19.
  7. راد، م. ه.، میرحسینی، ر.، مشکوه، م. ع. و سلطانی، م.، 1387. بررسی تاثیر رطوبت خاک بر چگونگی توسعه ریشه گیاه تاغ (.Haloxylon spp). تحقیقات جنگل و صنوبر ایران. 16(1): 112-123.
  8. صمصام شریعت، ه. و معطر،ف.1383.گیاهان و داروهای طبیعی. نشر روزبهان.
  9. عامری، ع. ا.، نصیری محلاتی، م. و رضوانی مقدم، پ.، 1386. اثر مقادیر مختلف نیتروژن و تراکم بر کارایی مصرف نیتروژن، عملکرد گل و مواد موثره همیشه بهار (Calendula afficinalis L.). مجله پژوهش­های زراعی ایران. 5(2): 315-325.
  10. عباس­زاده، ب.، شریفی عاشورآبادی، ا.، لباسچی، م. ح.، نادری حاجی باقر کندی، م. و مقدمی، ف.، 1386. اثر تنش خشکی بر میزان پرولین، قندهای محلول، کلروفیل و آب نسبی (RWC) بادرنجبویه (Melissa officinalis L.). تحقیقات گیاهان دارویی و معطرایران. 23(4): 504-513.
  11. علی­آبادی فراهانی، ح.، ارباب، ع. و عباس­زاده، ب.، 1387. تأثیر سوپر فسفات تریپل، تنش کم آبی و کود بیولوژیک Glomus hoi بر تعدادی از صفات کمی و کیفی گیاه دارویی Coriandrum sativum L.. تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران. 24 (1): 18-30. 
  12. فریبرزی، ع. 1378. اثر کود ازت و تاریخ برداشت گل بر عملکرد و میزان اسانس در گیاه بابونه (Matricaria chamomilla L.) پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد.
  13. معین، م.، و شریعتی م، 1389. اثر همزمان سالیسیلیک اسید و تنش شوری برروی رشد (تقسیم سلولی)، رنگیزه های فتوسنتزی و مقدار بتا- کاروتن در جلبک تک سلولیDunaliella salina Teod. مجله زیست شناسی ایران.23(5): 638-647.
  14. موحدی دهنوی، م.، مدرس ثانوی، ع. م.، سروش­زاده، ع. و جلالی، م.، 1383. تغییرات میزان پرولین، قندهای محلول کل، کلروفیل (SPAD) و فلورسانس کلروفیل در ارقام گلرنگ پائیزه تحت تنش خشکی و محلول­پاشی روی و منگنز. بیابان. 9(1): 93-109.
  15. همراهی، س.، جبیبی، د.، مدنی، ح. و مشهدی اکبر بوجار، م.، 1387. اثر سایکوسل و عناصر ریز مغذی بر میزان آنزیمهای آنتی اکسیدانت بعنوان شاخصهای مقاومت به تنش خشکی در کلزا. یافته های نوین کشاورزی. 2(3): 316-329.

 

16. Abedi, T., Pakniyat, H., 2010. Antioxidant enzyme changes in response to drought stress in ten cultivars of oilseed rape (Brassica napus L.). Czech J. Genet. Plant Breed. 46 (1): 27–34.

17. Arnon, D. I. 1949. Determination of chlorophyll concentration in leaf tissues of plants. Plant Physiol. 24:1.

18. Bannayan, M., Nadjafi, F., Azizi, M., Tabrizi, L. and Rastgoo, M. 2008. Yield and seed quality of Plantago ovata and Nigella sativaunder different irrigation treatments. industrial crops and products. 17: 11-16.

19. Bates, L. 1973. Rapid determination of free Prolin for water stress studies. palant and soil, 39: 205-207.

20. Fonseca, Y. M., Catini, C. D., Vicentini, F., Nomizo, A., Gerlach, R. F. & Fonseca, M., 2010. Protective effect of Calendula officinalis extract against UVB-induced oxidative stress in skin: Evaluation of reduced glutathione levels and matrix metalloproteinase secretion. Ethnopharmacology, 127(3): 596-601.

21. Ganjali, H. R., yeneh Band, A., Heidari Sharif Abad, H.and Moussavi Nik,M., 2010. Effects of Sowing Date, Plant Density and Nitrogen Fertilizer on Yield,Yield Components and Various Traits of Calendula officinalis. American-Eurasian J. Agric. & Environ. Sci., 8 (6): 672-679.

22. Hernandez, I., Alegre, L. and Munne-Bosch, S., 2004. Drought-induced changes in flavonoids and other low molecular weight antioxidants in Cistus clusii grown under Mediterranean field conditions. Tree Physiology, 24: 1303-1311.

23. Jajarmi, V. (2009). Effect of water stress on germination indices in seven wheat cultivar. World Acad Sci Eng Technol, 49; 105-106. In vitro evaluation of osmotic stress tolerance using a novel root recovery assay. Plant Cell, 95 (1); 101-106.

24. Jeyaramraja, P.R., Meenakshi, S.N., Kumar, R.S., Joshi, S.D. and Ramasubramanian, B., 2005. Water deficit induced oxidative damage in tea (Camelia sinensis) plants. Plant Physiology, 162: 413-419

25. Jafarzadeh, L., Omidi, H and N Jafari, N., 2010. The effect of drought stress on vegetative grouth, essential oil and proline content of Calendula officinalis L., 4th International Conference of Biology, Iran.1261-1262

26. Jiquan, L., Gougu, G., Ying Bai, S. and Shenys, L.J.G., 2000. Changes of volatiles from drought stressed ash leaf maple (Acer negundo) in July and August. forestry studies in China, 2(2): 27-33.

27. Kamkar, B., Daneshmand, A.R., Ghooshchi, F., Shiranirad, A.H. & Safahani Langeroudi A.R. 2011. The effects of irrigation regimes and nitrogen rates on some agronomic traits of canola under a semiarid environment. Agricultural Water Management. 1-8.

28. Kapoor R, Giri B, Mukerji KG. 2004. Improved growth and essential oil yield and quality in Foeniculum vulgare mill on mycorrhizal inoculation supplemented with P-fertilizer. Bioresource Technol. 93: 307 – 11.

29. Lin-Wang, K., Bolitho, K., Grafton, K., Kortstee, A., Karunairetnam, S., McGhie, T., Espley, R., Hellens, R. and Allan, A.,2010. An R2R3 MYB transcription factor associated with regulation of the anthocyanin biosynthetic pathway in Rosaceae. Plant Biology.1-17.

30. Martin, R. J. Deo, B. 1999.Effect of plant population on Calendula flower production.Newzealand journal of crop and Horticultural science. Abstracts.Vol:28.

31. Muley, B. P., Khadabadi, s. s. and Banarase, N. B., 2009. Phytochemical Constituents and Pharmacological Activities of Calendula officinalis Linn (Asteraceae): A Review. Tropical Journal of Pharmaceutical Research. 8 (5): 455-465.

32. Ngouajio, M.,Wang, G. and Goldy, R., 2007. Withholding of drip irrigation between transplanting and flowering increases the yield of field-grown tomato under plastic mulch. Agricultural water management, 87: 285-291.

33.  Paquin, R., and Lechasseur, P. 1979. Observations sur une methode dosage de la proline libre dans les extraits de plantes. Can. Bot., 57:1851-1854.

34. Rathke, G.-W., Behrens, T., Diepenbrock, W., 2006. Integrated nitrogen management strategies to improve seed yield, oil content and nitrogen efficiency of winter oilseed rape (Brassica napus L.): a review. Agric. Ecosyst. Environ. 117, 80–108.

35. Rios-Gonzalez, K., Erdei, L., and Lips, S.H. 2002. The activity of antioxidant enzymes in maize and sunflower seedlings as affected by salinity and different nitrogen sources. Plant Sci. 162: 923-930.

36. Shubhra, K., Dayal, J., Goswami, C. L. and Munjal, R. 2004. Effects of water-deficit on oil of Calendula aerial parts. Biologia Plantarum, 48(3): 445-448.

37. Tahkorpi, M., 2010. Anthocyanins under drought and droughtrelanted stresses in Bilberry (Vaccinium myrtillus L.).  Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Science of the University of Oulu.

38. Tesfamariam, E.H., Annandale, J.G., Steyn, J.M., 2010. Water stress effects on winter canola growth and yield. Agron. J. 102, 658–666.

39. Wanger, G. J. 1979. Content and vacuole/ extra vacuole distribution of neutral sugars, free amino acids, and anthocyanins in protoplast. Plant Physiology 64: 88-93.

40. Watkinson, J.I., Hendricks, L., Sioson, A.A., Vasquez- Robinet, C., Verlyn, S., Heath, L.S., Schuler, M., Bohnert, H.J., Bonierbale, M. and Grene, R., 2006. Accessions of Solanum toberosum spp. Andigena show differences in photosynthetic recovery after drought stress as reflected in gene expression profiles. Plant Science, 1-14.


 

Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology)
Volume 27, Issue 2 - Serial Number 2
December 2014
Pages 180-193
  • Receive Date: 04 November 2011
  • Revise Date: 21 November 2012
  • Accept Date: 21 November 2012