نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.
2 دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران.
3 کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Sever coldness causes damage to the wheat and affect its growth and yield. Therefore, this experiment was conducted in controlled conditions to investigate freezing tolerance of eight wheat genotypes. Combination of temperature (+3, -3, -5, -7 and -9 °C) and genotypes (Bahar, Parsi, Pishtaz, Pishgam, Chamran, Zarin, Sivand and Marvdasht) as a factorial based on completely randomized design with three replications. Survival percentage, dry weight, number of leaves per seedling and seedling height were measured two weeks after freezing in the glasshouse. The results showed that with decreasing seedling survival due to temperature drop, dry weight, height and number of leaves in seedlings also decreased. The genotype of Marvdasht had the highest freezing resistance (-5.2 °C) was superior to other wheat genotypes in terms of dry weight, seedling height and number of leaves per seedling. Parsi and Zarin genotypes were in the next rank. While the Pishtaz genotype was a highly sensitive genotype to freezing. According to the results of this research, it can be recommended that in the regions with the probability of frostbite, it is better to avoid cultivating the Pishtaz genotype and instead use Marvdasht, Parsi and Zarin genotypes.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
گندم یکی از مهم‌ترین گیاهان زراعی بهشمار میآید که در بین غلات از نظر تولید و سطح زیر کشت در رتبه اول قرار دارد (Arzani, 2011; FAO, 2016) و کشت آن در مناطقی با شرایط آب و هوایی متفاوت امکان‌پذیر می‌باشد. اصلاح‌گران نباتات و فیزیولوژیست‌ها سال‌هاست که مسأله تحمل به سرما را در گیاهان مورد مطالعه قرار می‌دهند و بر این باورند که عملکردگیاهانزراعیتحتتأثیرشرایطمحیطی،ساختارژنتیکی و برهمکنش بین آنها است (Sarmadnia, 1993). اگر چهکلیه تنش‌های محیطی (اعم از گرما، سرما، خشکی، شوری و غیره)ازعواملمهمکاهشتولید محسوب می‌شوند. با این حال، سرما مهم‌ترین عامل محدود کننده رشد محصولات زراعی منجمله گندم در مرحله گیاهچهای در مناطق سردسیر کشور می‌باشد (Azizi, 2005). تنش سرما در فرمهای سرمازدگی[1]، انجماد[2] و افت ناگهانی دما[3]، سبب آسیبهای جدی به زراعت گندم می‌شود (Mirfakhraii et al., 2010).
در مناطق معتدله دنیا و از جمله ایران، گیاهان زراعی سرمادوست نظیر گندم معمولاً در پاییز کشت می‌شوند (Arzani, 2011). لازم بذکر است که گندم دارای دو تیپ بهاره و پاییزه می‌باشد که تیپ پاییزه به دلیل امکان استفاده از بارندگی و نزولات جوی، نیاز کمتر به آبیاری و بهطبع عملکرد بالاتر مورد توجه بیشتری است و نسبت به تیپ بهاره بیشتر مورد کشت و کار قرار می‌گیرد. با این حال وقوع تنش سرما در زمستان، در اغلب موارد سبب بروز خسارتهای شدید در گندم مخصوصاً تیپ پاییزه می‌شود. بنابراین شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به سرما و کاشت آنها در مناطق تحت خطر تنش یخردگی ازجمله راهکارهای مناسب جهت کاهش خسارت سرما است.
تأثیر سرما و یخزدگی در گیاه به شدت سرما، مدت آن و مرحله رشدی گیاه بستگی دارد (Sarhadi et al., 2012). خسارت ناشی از سرما در مراحل حساس رشد و نمو گیاهان یکی از عوامل مهم کاهش عملکرد گیاهان زراعی منجمله گندم در سطح جهان است (Wang and Adams, 1980). به طور کلی دمای پایین در مرحله جوانهزنی موجب عدم استقرار مناسب گیاهچه میگردد و ضعف گیاهچه در این مرحله، دستیابی به عملکرد مطلوب را تحت تأثیر قرار میدهد و سبب افت عملکرد می‌شود (Vitamvas and Prasil, 2008; Yin et al., 2009). گزارشات نشان میدهد که میزان زیان اقتصادی سرما و یخبندان بر محصولات زراعی کشور از جمله گندم، به مراتب بیشتر از زیانهای سایر پدیدههای مخرب جوی و حتی گاهی بیشتر از خسارت آفات و بیماری‌های است (Amir-Ghasemi, 2002). جهت ارزیابی و شناسایی ارقام متحمل به سرما، وجود یک روش ارزیابی سریع و مؤثر از اهمیت زیادی برخوردار است (Nezami et al., 2010 b). در همین راستا، محققین بخاطر شرایط غیریکنواخت مکانی و زمانی در بروز سرما و یخردگی در سطح مزرعه، هزینه بالا و طولانی مدت بودن اجرای آن، استفاده از روش‌های آزمون یخزدگی در شرایط کنترل شده را جهت بررسی مقاومت ژنوتیپ‌های گندم و نخود به تنش سرما پیشنهاد کردهاند (Gusta et al., 2001; Nezami et al., 2007 b;Nezami et al., 2009; Saeidi et al., 2012).
مقاومت به سرما در گندم نقش بهسزایی در بقاء و سپری کردن زمستان دارد و درجه مقاومت به سرما به نوع ژنوتیپ و بذر آن، شدت و دوره سرما، شرایط مرفو-فیزیولوژیک گیاه (Azizi et al., 2008; Barzan et al., 2018) و مکانیسمهای بیوشیمیایی و دفاعی (Apostolova et al., 2008) دخیل در این امر دارد. تولیدگونه‌های فعال اکسیژن[4] (ROS) در تنش سرما باعث صدمه به غشای سلولی می‌شود (Jian et al., 1999) و افزایش میزان نشت الکترولیت‌هارا در پی دارد (Nezami et al., 2007 a,b; Nezami et al., 2010 b; Dashti et al., 2015)، بنابراین گیاهان برای جلوگیری از افزایش خسارت این گونه ترکیبات مکانیسمهای دفاعی را فعال می‌نمایند (Anjum et al., 2010; Alisoltani et al., 2012). در این میان بیشترین نقش در پاکسازی و حذف انواع گونه‌های فعال اکسیژن بر عهده آنزیم‌های پراکسیداز، کاتالاز و پلی فنل اکسیداز است (Yong et al., 2008). با این حال علاوه بر مکانیسمهای بیوشیمیایی، خصوصیات مرفولوژیک گیاه نیز در مقاومت به سرما مؤثر است به طوری که در این ارتباطFowler و همکاران (1981)در بررسی 36 ژنوتیپ گندم زمستانه بیان کردند که علاوه بر محتوای آب برگ و طوقه، محتوای کل قند و محتوای فسفر طوقه، ارتفاع گیاه نیز همبستگی زیادی با شاخص بقاء داشت.
در مطالعاتBridger و همکاران (1996) مشخص گردید که استفاده از شاخص درجه حرارت کشنده یا 50 درصد کشندگی[5] (LT50) جهت تعیین ژنوتیپ مقاوم به سرما، شاخص کارآمدی است. با مطالعه تحمل به یخزدگی ژنوتیپ‌های امیدبخش گندم به روش یخبندان طوقه مشاهده شد که واکنش ژنوتیپ‌ها از نظر درصد بقاء متفاوت است (Nazeri et al., 2006). در آزمایشMirzaie Asl و همکاران (2002) بر روی سه ژنوتیپ گندم بزوستایا (مقاوم)، بولانی (نیمه مقاوم) و لاین 518 (حساس) مشخص شد که سرعت جوانهزنی و رشد ریشهچه و ساقهچه ژنوتیپ مقاوم به سرمای بزوستایا در دمای کم نسبت به دو ژنوتیپ دیگر بیشتر بود. همچنینSiahmerghouie و همکاران (2011) بیان کردند که با کاهش دما میزان درصد بقاء، ارتفاع، تعداد برگ، تعداد گره و وزن خشک گیاه رازیانه روند کاهشی داشت. بیان شده که بخشهای مختلف غلات زمستانه توانایی تحمل به یخزدگی متفاوتی دارند به طوری که هرچه رطوبت بخش مورد نظر کمتر باشد تحمل به سرمای بیشتر است. برهمین اساس به ترتیب طوقه بیشترین تحمل، شاخه و برگ در رتبه بعدی و ریشه بهعنوان حساسترین بخش گیاه می‌باشد (Mirzaei Asl et al., 2002; Mirmohammad Meybodi and Tarkesh Esfahani, 2005). با توجه به اینکه تنش سرما در مناطق کشت گندم پاییزه بهعنوان یک عامل محدودکننده عمل می‌کند و جهت کشت موفق گندم در این مناطق استفاده از ارقام متحمل به سرما ضروری است. بنابراین، هدف از این تحقیق بررسی اثر تنش سرما بر روی خصوصیات رشدی و صفات مرفولوژیکی گیاهچه ژنوتیپ‌های گندم و انتخاب ژنوتیپ‌های برتر و مقاوم به سرمای این محصول بود.
مواد و روش‌ها
در این آزمایش تحمل به یخزدگی هشت ژنوتیپ گندم شامل بهار، پارسی، پیشتاز، پیشگام، چمران، زرین، سیوند و مرودشت در پنج تیمار دمایی شامل 3+، 3-، 5-، 7- و 9- درجه سانتی‌گراد، مورد مطالعه قرار گرفت. برخی از مشخصات زراعی و کیفی ژنوتیپ‌های مورد مطالعه در جدول 1 بیان شده است. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار اجرا شد. به منظور تعیین تحمل به یخزدگی، ابتدا بذور ژنوتیپ‌های گندم در نیمه دوم آبان ماه سال زراعی 1389 در مزرعه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی کرمانشاه کشت شدند و سپس گیاهچههای 6-5 برگی هر ژنوتیپ در نیمه اول اسفند ماه از مزرعه برداشت شد. دقت شد تا بوتهها به طور سالم به همراه ریشه از خاک بیرون آورده شوند. سپس بوتهها بلافاصله به آزمایشگاه منتقل و اقدام به تهیه نمونهها شد. بدین صورت که به اندازه دو سانتی‌متر از بالا و یک سانتی‌متر از پایین طوقه با اسکالپر بریده و سپس پنج طوقه در یک سطح قرار گرفتند. همراه آنها برچسب پلاستیکی که در آن دما، تکرار و ژنوتیپ مورد نظر نوشته شده بود، قرار گرفت. این مجموعه به وسیله کش محکم بهم بسته شد و برای دماهای مورد نظر در سه تکرار آماده شد. سپس مجموعه نمونهها در ظروف آلومینیومی طوری قرار داده شدند که طوقهها به دیواره آن بچسبند و سپس با ماسه نسبتاً مرطوب پر شد. کلیه نمونهها در دستگاه ترموگرادیان[6] که قابل برنامهریزی است بهمدت 14 ساعت در دمای 3+ درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند سپس به 3- درجه سانتی‌گراد کاهش و پس از آن به ازای هر بیست دقیقه، 2 درجه سانتی‌گراددما کاهش یافت و به منظور ایجاد تعادل دمایی محیط، طوقهها در هر تیمار دمایی به مدت نیم ساعت نگهداشته شد و سپس برداشت شدند. برای جلوگیری از ذوب شدن سریع یخ نمونهها، در یخچال با دمای 4+ درجه سانتی‌گراد به مدت یک شبانه روز نگهداری شدند. سپس نمونههای هر تیمار دمایی به گلخانه منتقل و در گلدانهای پلاستیکی با قطر 10 سانتی‌متر و ارتفاع 15 سانتی‌متر، حاوی 1 به 1 هوموس و کاه برگ، کاشته شدند (دو سوم طوقه در خاک) و در مواقع نیاز آبیاری شدند. از هر تیمار دمایی 5 طوقه در هر گلدان کشت گردید. بعد از گذشت دو هفته در گلخانه با میانگین دمایی 2±24 درجه سانتی‌گراد، بوتههای زنده شمارش شدند (بدین ترتیب که علاوه بر تولید برگ، ریشه نیز تولید کرده باشند) و درصد بقاء از رابطه زیر محاسبه شد (Nezami et al., 2010 a):
100 × (تعداد بوته هنگام کاشت در گلدان / تعداد بوته زنده بعد از دو هفته) = درصد بقاء
در پایان این دوره جهت ارزیابی رشد مجدد گیاهچهها صفاتی نظیر ارتفاع گیاهچه، تعداد برگ تولیدی و وزن خشک آنها اندازهگیری و ثبت شد. همچنین برای ژنوتیپ‌های مختلف با استفاده از رسم نمودار و معادله برازش بدست آمده، دمایی که در آن 50 درصد بوتههای هر ژنوتیپ از بین رفته بودند یعنی درجه حرارت کشنده (LT50) برای هر یک از ژنوتیپ‌ها تعیین گردید (Gusta et al., 1982). در نهایت برای مقایسه میانگین از آزمون چند دامنهای دانکن در سطح 5 درصد استفاده شد. جهت تجزیه و تحلیل دادهای بدست آمده از نرمافزار SAS ver. 8.2 و جهت رسم نمودارها از نرمافزار Excel بهره گرفته شد. شمایی از مراحل مختلف آزمایش در شکل 1 قابل مشاهده است.
جدول 1- مشخصات زراعی و کیفی ژنوتیپ‌های گندم مورد مطالعه
Table 1- Agronomic and qualitative characteristics of wheat genotypes studied
|
ویژگی ها Traits |
بهار Bahar |
پارسی Parsi |
پیشتاز Pishtaz |
پیشگام Pishgam |
چمران Chamran |
زرین Zarin |
سیوند Sivand |
مرودشت Marvdasht |
|
میانگین عملکرد (تن در هکتار) |
5/8 |
6/8 |
4/7 |
4/7 |
5/6 |
4/6 |
7/8 |
6/7 |
|
میانگین ارتفاع بوته (سانتی‌متر) |
95 |
97 |
93 |
92 |
95 |
103 |
92 |
102 |
|
تیپ رشد |
بهاره |
بهاره |
بهاره |
بینابین |
بهاره |
بینابین و نسبتا دیررس |
بهاره |
بهاره و متوسط رس |
|
واکنش نسبت به بیماری زنگ زرد |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
|
واکنش نسبت به بیماری زنگ قهوهای |
متحمل |
نیمه حساس |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
|
مقاومت به خوابیدگی |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
مقاوم |
نیمه مقاوم |
مقاوم |
نیمه مقاوم |
|
وضعیت ریزش دانه |
مقاوم |
مقاوم |
نیمه مقاوم |
مقاوم |
نیمه مقام |
نیمه مقاوم |
مقاوم |
نیمه مقاوم |
|
رنگ دانه |
زرد کهربایی |
زرد کهربایی |
زرد |
زرد روشن |
قهوهای |
زرد کهربایی |
زرد کهربایی |
زرد |
|
میانگین پروتئین دانه (%) |
9/10 |
00/12 |
20/11 |
5/11 |
3/11 |
9/10 |
00/12 |
9/10 |
|
میانگین گلوتن (%) |
26 |
- |
32 |
32 |
30 |
27 |
- |
29 |
|
میانگین وزن هکتولیتر (کیلوگرم) |
5/83 |
- |
9/81 |
9/81 |
4/83 |
6/82 |
- |
2/81 |
منبع:Saeidi و همکاران (2005)
شکل 1- شمایی از مراحل مختلف آزمایش. (A): نمونه‌برداری گیاهچههای 6-5 برگی هر ژنوتیپ از مزرعه،(B): برش و آماده کردن طوقه، (C-D): قرار دادن نمونهها در ظروف آلومینیومی پرشده با ماسه، (E): انتقال نمونهها به دستگاه ترموگرادیان قابل برنامهریزی، (F): کشت کردن نمونههای هر تیمار دمایی در گلدانهای پلاستیکی و انتقال به گلخانه، (G-H): سپری شدن دو هفته در گلخانه و درنهایت اندازهگیری صفات مورد مطالعه.
Figure 1- An overview of different stages of testing. (A): Sampling seedlings (in 5-6 leaves stage) of each genotype from the field, (B): Cut and prepare the crown, (C-D): Placing the samples in sand-filled aluminum containers, (E): Transfer of samples to programmable thermogradient device, (F): Cultivating samples of each temperature treatment in plastic pots and transferring to the greenhouse, (G-H): Elapsed two weeks in the greenhouse and finally measuring the studied traits.
نتایج و بحث
درصد بقاء: بر اساس نتایج تجزیه واریانس مشخص گردید که اثر دماهای یخزدگی و ژنوتیپ به ترتیب در سطح یک و پنج درصد بر درصد بقاء معنی‌دار است (جدول 2). نتایج حاصل از مقایسه میانگین دماهای مختلف یخزدگی در ژنوتیپ‌های مختلف گندم نشان داد که به طور کلی با کاهش دما، میزان بقای گیاهچهها افت پیدا می‌کند. به طوری که در دماهای 3-، 5-، 7- و 9- سانتی‌گراد، میزان بقاء گیاهچهها بهترتیب 7/51، 8/70، 3/88 و 95 درصد تنزل یافت (شکل 2). همچنین در دمای 3- درجه سانتی‌گراد بیشترین بقاء مربوط به ژنوتیپ‌های مرودشت، زرین و پارسی (به ترتیب با 67، 60 و 60 درصد) بود و کمترین آن در دمای 5- درجه سانتی‌گراد در ژنوتیپ پیشتاز حاصل شد (جدول 3)، به بیان دیگر تمامی ژنوتیپ‌های مورد بررسی قادر به تحمل دمای 3- درجه سانتی‌گراد هستند ولی در دمای 5- سانتی‌گراد فقط ژنوتیپ پیشتاز قادر به تحمل دمای فوق نیست. با این حال ژنوتیپ‌های مرودشت و چمران در دمای 9- درجه سانتی‌گراد با 3/13 درصد بیشترین بقاء گیاهچه را داشتند و ژنوتیپ‌های پیشگام و بهار با 7/6 درصد در رتبههای بعدی قرار گرفتند (جدول 3).
نتایج نشان داد که همبستگی درصد بقاء با وزن خشک گیاهچه (**84/0=r)، ارتفاع (**81/0=r) و تعداد برگ تولیدی (**88/0=r) مثبت و معنی‌داری دارد (جدول 7). این امر نشانگر این مطلب است که با افزایش درصد بقاء در ژنوتیپ‌های مقاوم به تنش سرما، میزان پارامترها فوق نیز در مقایسه با ژنوتیپ‌های حساس بهبود می‌یابد.
مطابق با نتایج این تحقیقFowler و Gusta(1979) وNezami و همکاران (2009) مشاهده کردند که ارقام گندم، درصد بقاء متفاوتی در شرایط زمستان دارند به نحوی که در برخی از ژنوتیپ‌ها این میزان به 100 درصد نیز می‌رسد. همچنینNezami و همکاران (2009) محدوده درصد بقاء را بین 60 تا 90 درصد در شرایط عدم خوسرمایی و خوسرمایی گزارش کردند. یکی از دلایل کاهش درصد بقاء در اثر تنش سرما احتمالاً بخاطر صدمات وارده به گیاهچهها و افزایش تولید گونه‌های فعال اکسیژن است که سبب اختلالاتی در سلول به ویژه از طریق اکسیداسیون لیپیدهای غشاء، پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک میگردند (Fridovich, 1986). در این تحقیق برخی از ژنوتیپ‌ها به ویژه مرودشت، پارسی، زرین و چمران احتمالاً بخاطر مکانیسمهای دخیل در تغییر متابولیسم چربی و فسفولیپید، افزایش اسیدهای چرب و کربوهیدرات‌های محلول موجب تنظیم فرآیند تحمل به یخزدگی در گیاهچهها و پایداری غشاء سلولی شده‌اند (Yoshida et al., 1998) و از طرفی شاید بدلیل سازوکارهای آنتی‌اکسیدانی کارآمدتر نسبت به بقیه ژنوتیپ‌هاست که توانستهاند در برابر اثرات مخرب گونه‌های فعال اکسیژن که در اثر تنش سرما بوجود میآیند، از گیاهچهها محافظت نماید (Dionisio-Sese et al., 1998; Hassibi et al., 2008; Alisoltani et al., 2012).
جدول 2- تجزیه واریانس صفات مورد مطالعه در گیاهچههای گندم پس از اعمال تیمارهاییخ‌زدگی و رشد مجدد
Table 2- Analysis of variance of studied traits in wheat seedlings after application of freezing and regrowth treatments.
|
منابع تغییرات S.O.V |
درجه آزادی df |
میانگین مربعات Mean squares |
|||
|
درصد بقاء survival percent |
وزن خشک Dry weight |
ارتفاع Height |
تعداد برگ Leaf number |
||
|
دماهای یخزدگی Freezing temperatures |
4 |
**34847.7 |
**10295.9 |
**183.5 |
**17.5 |
|
ژنوتیپ Genotypes |
7 |
*818.6 |
**1773.4 |
**30.9 |
**2.34 |
|
دماهای یخزدگی × ژنوتیپ Freezing temperatures Genotypes× |
28 |
ns216.2 |
ns170.7 |
ns5.30 |
ns0.349 |
|
خطا Error |
80 |
323.3 |
338.2 |
5.24 |
0.539 |
|
ضریب تغییرات C.V. |
- |
10.3 |
22.7 |
19.8 |
23.5 |
ns، * و ** بهترتیب غیرمعنی‌دار و معنی‌دار در سطح احتمال 5 و 1 درصد است.
ns, * and ** are non-significant and significant at 1% and 5 % probability levels, respectively
جدول 3- میانگین درصد بقاء گیاهچهها تحت دماهای مختلف یخزدگی در ژنوتیپ‌های گندم پس از دو هفته بازیابی در گلخانه
Table 3- Average of survival percent of seedling under different freezing temperatures in wheat genotypes after two weeks of recovery in green house
|
ژنوتیپ‌های گندم Wheat genotypes |
درصد بقاء در دماهای مختلف یخزدگی (سانتی‌گراد) survival percent of seedling under different freezing temperatures |
||||||||
|
3+ |
3- |
*کاهش (%) |
5- |
کاهش (%) |
7- |
کاهش (%) |
9- |
کاهش (%) |
|
|
بهار Bahar |
100 |
6.7 ±40.0 |
60 |
10±33.3 |
66.7 |
3.8±13.3 |
86.7 |
3.8±6.7 |
93.3 |
|
پارسی Parsi |
100 |
6.7±60.0 |
40 |
17±40.0 |
60 |
3.8±6.7 |
93.3 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشتاز Pishtaz |
100 |
6.7±20.0 |
80 |
0.0 ±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشگام Pishgam |
100 |
3.8±46.7 |
53.3 |
3.8±26.7 |
73.3 |
6.7±20.0 |
80 |
3/8±6.7 |
93.3 |
|
چمران Chamran |
100 |
10±46.7 |
53.3 |
11±40.0 |
60 |
6.7±20.0 |
80 |
7.7±13.3 |
86.7 |
|
زرین Zarin |
100 |
0.0±60.0 |
40 |
0.0 ±20.0 |
80 |
3.8±13.3 |
86.7 |
0.0±0.0 |
100 |
|
سیوند Sivand |
100 |
3.8±46.7 |
53.3 |
0.0 ±20.0 |
80 |
3.8±6.7 |
93.3 |
0.0±0.0 |
100 |
|
مرودشت Marvdasht |
100 |
10±66.7 |
33.3 |
13±53.3 |
46.7 |
3.8 ±13.3 |
86.7 |
7.7±13.3 |
86.7 |
*بیانگر میزان درصد کاهش صفت مورد مطالعه هر یک از دماهای یخزدگی نسبت به دمای 3+ درجه سانتی‌گراد است.
اشتباه معیار ±میانگین.
شکل 2- مقایسه میانگین درصد بقاء تحت دماهای مختلف یخزدگی در مرحله گیاهچهای
Figure 2- Mean comparison of survival percent under different freezing temperatures in seedling stage
وزن خشک گیاهچه: بر اساس نتایج تجزیه واریانس، اثر دما و ژنوتیپ بر وزن خشک گیاهچههای تولیدی در سطح یک درصد معنی‌دار بود (جدول 2). در بررسی بازیافت و رشد گیاهان پس از اعمال تیمارهای یخزدگی مشاهده شد که ژنوتیپ مرودشت در دمای 3- درجه سانتی‌گراد بیشترین وزن خشک گیاهچه را با 7/57 میلیگرم داشت. همچنین در دمای 9- درجه سانتی‌گراد نیز بیشترین وزن خشک را با 7/16 میلیگرم به خود اختصاص داد اما در این بین، ژنوتیپ پارسی در دمای 3- درجه سانتی‌گراددارای 3/58 میلیگرم وزن خشک بود و فقط تا دمای 7- سانتی‌گراد تاب تحمل تنش سرما را داشت (جدول 4). از طرفی با کاهش دما میزان ماده خشک تولیدی گیاهچهها هم کم شد به طوری که در دماهای 3-، 5-، 7- و 9- سانتی‌گراد میزان وزن خشک گیاهچهها بهترتیب 3/27، 5/39، 4/61 و 4/90 درصد کاهش یافت (شکل 3).
احتمالاً ژنوتیپ‌های مقاوم به سرما در این تحقیق با تغییر در ساختار غشاء، ترکیب اسیدهای چرب غشاء، تغییرات متابولیکی، تغییر در مقادیر پروتئین، افزایش فعالیت آنزیم‌های دخیل در جمعآوری گونه‌های فعال اکسیژن و به طبع با کاهش صدمات وارده به غشاء سلولی و کاهش نشت الکترولیت‌ها توانستهاند یکپارچگی ساختار غشاء را حفظ نموده و فرآیندهای متابولیسمی را با کارایی بیشتر در شرایط سرما در پی بگیرند و وزن خشک بیشتری پس از دوره سرما باز یابند (Gusta et al., 1982; Dashti et al., 2015; Nezami et al., 2016). مطابق با نتایج این تحقیق، Griffith و McIntyre(1993) وNezami و همکاران (2009) به ترتیب بر روی گیاهان چاودار و گندم بیان کردند که با کاهش درجه حرات میزان وزن خشک گیاه به طور معنی‌داری کاهش یافت به طوری که در دمای پایین، ماده خشک کمتری تولید شد. Azizi و همکاران (2007) و Nezami و همکاران (2010 a) به ترتیب در بررسی گندم وجو، کاهش وزن خشک گیاهان را در دوره بازیافت بدلیل اثر خسارت ناشی از یخزدگی و کاهش رشد مجدد اندامهای هوایی دانستهاند.
جدول 4- میانگین وزن خشک گیاهچه (میلیگرم) تحت دماهای مختلف یخزدگی در ژنوتیپ‌های گندم پس از دو هفته بازیابی در گلخانه
Table 4- Average of seedling dry weight (mg) under different freezing temperatures in wheat genotypes after two weeks of recovery in greenhouse
|
ژنوتیپ‌های گندم Wheat genotypes |
وزن خشک گیاهچه در دماهای مختلف یخزدگی (سانتی‌گراد) seedling dry weight under different freezing temperatures |
||||||||
|
3+ |
3- |
*کاهش (%) |
5- |
کاهش (%) |
7- |
کاهش (%) |
9- |
کاهش (%) |
|
|
بهار Bahar |
60.9 |
2.7±45.3 |
25.6 |
9.0±31.2 |
48.9 |
11±36.7 |
39.8 |
5.8±10.0 |
83.6 |
|
پارسی Parsi |
73.9 |
3.8±58.3 |
21.1 |
13±41.3 |
44.1 |
12±30.0 |
59.4 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشتاز Pishtaz |
33.9 |
5.4±18.3 |
46.0 |
0.0±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشگام Pishgam |
61.4 |
4.6±45.8 |
25.4 |
2.9 ±55.0 |
10.5 |
8.4±26.7 |
56.6 |
6.7±11.7 |
81.0 |
|
چمران Chamran |
51.4 |
1.7±35.8 |
30.3 |
2.4±41.7 |
19.0 |
6.1±21.0 |
59.2 |
4.8±8.3 |
83.8 |
|
زرین Zarin |
60.8 |
4.6±45.2 |
25.7 |
3.8±46.7 |
23.2 |
7.7±26.7 |
56.1 |
0.0±0.0 |
100 |
|
سیوند Sivand |
68.1 |
4.3±52.5 |
22.9 |
3.3±40.0 |
41.3 |
8±20.0 |
70.6 |
0.0±0.0 |
100 |
|
مرودشت Marvdasht |
73.1 |
5.1±57.5 |
21.3 |
2.8±52.0 |
28.9 |
11±36.7 |
49.8 |
9.6±16.7 |
77.2 |
*بیانگر میزان درصد کاهش صفت مورد مطالعه هر یک از دماهای یخزدگی نسبت به دمای 3+ درجه سانتی‌گراد است.
اشتباه معیار ±میانگین.
شکل 3- مقایسه میانگین وزن خشک گیاهچه تحت دماهای مختلف یخزدگی در مرحله گیاهچهای.
Figure 3- Mean comparison of seedling dry weight under different freezing temperatures in seedling stage.
ارتفاع گیاهچه: براساس نتایج تجزیه واریانس مشخص شد که اثر دما و ژنوتیپ بر وزن ارتفاع گیاهچههای تولیدی در سطح یک درصد معنی‌دار بود (جدول 2). بررسی تأثیر دماهای یخزدگی بر ارتفاع گیاهچه ژنوتیپ‌های مورد بررسی نشان داد که بیشترین ارتفاع گیاهچه در ژنوتیپ‌های پارسی و مرودشت بهترتیب با 8/8 و 4/8 سانتی‌متر و کمترین آن در ژنوتیپ پیشتاز با 8/2 سانتی‌متر در دمای 3- درجه سانتی‌گراد بدست آمد و با کاهش دما میزان ارتفاع گیاهچهها نیز کاهش یافت. به طوری که در دمای 9- درجه سانتی‌گراد در ژنوتیپ‌های پیشگام، بهار، مرودشت و چمران به ترتیب 4/2، 7/1، 6/1 و 7/0 سانتی‌متر بود (جدول 5). نتایج نشان داد که میزان ارتفاع گیاهچهها در دماهای 3-، 5-، 7- و 9- سانتی‌گراد به میزان 2/18، 4/40، 5/61 و 6/88 درصد کاهش یافت (شکل 4). نتایج همبستگی بین صفات نشان داد که وزن خشک گیاهچه با ارتفاع (**94/0=r) و تعداد برگ تولیدی (**95/0=r) همبستگی مثبت و معنی‌داری دارد (جدول 7). این بدان معنی است که گیاهچههای با جثه بزرگتر قادر به بازیابی و تولید برگ‌های بیشتری تحت تنش سرما هستند.
بیان شده که برخی از خصوصیات مانند پایداری غشاءهای سلولی (Cyril et al., 1988)، ترکیب و ذخیره کربوهیدرات‌های محلول (Fry et al., 1993) و سنتز پروتئین‌های تنش سرما نقش مهمی در تحمل به یخزدگی و توان بازیابی گیاهچه پس از دوره سرما دارد.Barzan و همکاران (2018) بیان کردند که ژنوتیپ‌های متحمل به سرما دارای بنیه و توانایی اولیه بالاتری بودند، به طوری که مطابق با نتایج این تحقیق به ترتیبNezami و همکاران (2009) وNezami و همکاران (2010 a) طی تحقیقات خود بر روی گندم و جو بیان کردند که سرما سبب کاهش ارتفاع گیاه می‌شود. در آزمایش دیگریSiahmerghouie و همکاران (2011) گزارش کردند که با کاهش دما از صفر به 15- درجه سانتی‌گراد، ارتفاع گیاه رازیانه روند کاهشی داشت.
جدول 5- میانگین ارتفاع گیاهچه (سانتی‌متر) تحت دماهای مختلف یخزدگی در ژنوتیپ‌های گندم پس از دو هفته بازیابی در گلخانه
Table 5- Average of seedling height (cm) under different freezing temperatures in wheat genotypes after two weeks of recovery in greenhouse
|
ژنوتیپ‌های گندم Wheat genotypes |
ارتفاع گیاهچه در دماهای مختلف یخزدگی (سانتی‌گراد) seedling height under different freezing temperatures |
||||||||
|
3+ |
3- |
*کاهش (%) |
5- |
کاهش (%) |
7- |
کاهش (%) |
9- |
کاهش (%) |
|
|
بهار Bahar |
8.1 |
0.4 ±6.8 |
16.1 |
1.3±4.5 |
44.7 |
1.5±4.8 |
40.1 |
0.9±1.7 |
79.3 |
|
پارسی Parsi |
10.1 |
0.7±8.8 |
12.9 |
1.9±6.3 |
37.3 |
1.1±1.9 |
80.9 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشتاز Pishtaz |
4.1 |
0.8±2.8 |
31.9 |
0.0±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشگام Pishgam |
5.3 |
0.3±4.0 |
24.5 |
0.50 ±4.8 |
8.8 |
1.0±2.8 |
46.5 |
1.4±2.4 |
54.4 |
|
چمران Chamran |
7.9 |
0.2±6.6 |
16.4 |
0.1±4.2 |
46.9 |
1.4±4.9 |
37.6 |
0.4±0.7 |
91.2 |
|
زرین Zarin |
8.2 |
0.3±6.9 |
15.9 |
0.2±7.3 |
11.5 |
1.2 ±4.0 |
51.2 |
0.0±0.0 |
100 |
|
سیوند Sivand |
8.9 |
0.3±7.6 |
14.6 |
0.4±5.2 |
41.8 |
1.3±2.3 |
73.7 |
0.0±0.0 |
100 |
|
مرودشت Marvdasht |
9.7 |
5/0 ±8.4 |
13.4 |
0.4±6.6 |
32.5 |
1.1±3.7 |
62.3 |
0.9±1.6 |
83.7 |
*بیانگر میزان درصد کاهش صفت مورد مطالعه هر یک از دماهای یخزدگی نسبت به دمای 3+ درجه سانتی‌گراد است.
اشتباه معیار ±میانگین.
شکل 4- مقایسه میانگین ارتفاع گیاهچه تحت دماهای مختلف یخزدگی در مرحله گیاهچهای
Figure 4- Mean comparison of seedling height under different freezing temperatures in seedling stage
تعداد برگ در گیاهچه: بر اساس نتایج تجزیه واریانس، اثر دما و ژنوتیپ بر وزن تعداد برگ تولیدی در سطح یک درصد معنی‌دار بود (جدول 2). نتایج نشان داد که در دمای 3- درجه سانتی‌گراد بیشترین تعداد برگ مربوط به ژنوتیپ مرودشت بود و کمترین آن در ژنوتیپ پیشتاز مشاهده شد (جدول 6). در دمای 5- درجه سانتی‌گراد ژنوتیپ پیشتاز به علت عدم بقاء گیاهچه، برگی نداشت، در دمای 7- سانتی‌گراد نیز تنزل تعداد برگ در گیاهچه مشاهده شد و در نهایت در دمای 9- درجه سانتی‌گراد، ژنوتیپ‌های بهار، پیشگام و مرودشت بیشترین و ژنوتیپ چمران کمترین تعداد برگ تولیدی را داشتند (جدول 6). نتایج نشانگر این امر بود که تعداد برگ در گیاهچه به میزان 2/33، 4/44، 7/66 و 8/88 درصد به ترتیب تحت دماهای 3-، 5-، 7- و 9- کاهش یافت (شکل 5).
در این ارتباطChen و همکاران (1983) با اعمال تیمارهای یخزدگی بر روی گندم در شرایط کنترل شده بیان کردند که با کاهش دمای یخزدگی از 5- به 10- درجه سانتی‌گراد میزان رشد مجدد اندامهای هوایی در حدود 20 درصد کاهش یافت. همچنین بر روی گیاه رازیانه گزارش شده که با کاهش دما، تعداد برگ در بوته کاهش یافت (Siahmerghouie et al., 2011). در بررسی تحمل به یخزدگی تریتیکاله مشخص گردید که اثر دما بر تعداد برگ معنی‌دار است و با کاهش دما، تعداد برگ نیز کاهش می‌یابد به طوری که در دمای 8- و 12- درجه سانتی‌گراد تعداد برگ به ترتیب 4/10 و 9/22 درصد نسبت به شاهد تنزل پیدا می‌کند (Nezami et al., 2010 c). کاهش تعداد برگ گیاه مینای چمنی در اثر افت دما توسطMoosavi و همکاران (2011) نیز گزارش شده است.
جدول 6- میانگین تعداد برگ در گیاهچه تحت دماهای مختلف یخزدگی در ژنوتیپ‌های گندم پس از دو هفته بازیابی در گلخانه
Table 6- Average of number of leaves per seedling under different freezing temperatures in wheat genotypes after two weeks of recovery in greenhouse
|
ژنوتیپ‌های گندم Wheat genotypes |
تعداد برگ در گیاهچه در دماهای مختلف یخزدگی (سانتی‌گراد) number of leaves per seedling under different freezing temperatures |
||||||||
|
3+ |
3- |
*کاهش (%) |
5- |
کاهش (%) |
7- |
کاهش (%) |
9- |
کاهش (%) |
|
|
بهار Bahar |
2.8 |
0.2±2.0 |
28.6 |
0.4±1.4 |
48.4 |
0.4±1.3 |
52.4 |
0.4±0.7 |
76.2 |
|
پارسی Parsi |
2.9 |
0.1±2.1 |
27.7 |
0.8±2.1 |
28.3 |
0.3±0.5 |
82.7 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشتاز Pishtaz |
1.6 |
0.2±0.8 |
50.7 |
0.0±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
0.0±0.0 |
100 |
|
پیشگام Pishgam |
2.2 |
0.1±1.3 |
37.5 |
0.1 ±1.8 |
16.7 |
0.4±1.3 |
37.5 |
0.4±0.7 |
68.8 |
|
چمران Chamran |
2.5 |
0.1±1.7 |
32.4 |
0.2±1.5 |
39.2 |
0.4±1.2 |
50.5 |
0.2±0.3 |
86.5 |
|
زرین Zarin |
2.5 |
0.1±1.7 |
32.1 |
0.2±1.7 |
33.2 |
0.3±1.0 |
59.9 |
0.0±0.0 |
100 |
|
سیوند Sivand |
2.6 |
0.1±1.8 |
31.4 |
0.3±1.7 |
34.6 |
0.2±0.3 |
86.9 |
0.0±0.0 |
100 |
|
مرودشت Marvdasht |
3.2 |
0.10 ±2.4 |
24.9 |
0.2±1.4 |
55.1 |
0.4±1.2 |
63.7 |
0.4±0.7 |
79.3 |
*بیانگر میزان درصد کاهش صفت مورد مطالعه هر یک از دماهای یخزدگی نسبت به دمای 3+ درجه سانتی‌گراد است.
اشتباه معیار ±میانگین
شکل 5- مقایسه میانگین تعداد برگ در گیاهچه تحت دماهای مختلف یخزدگی در مرحله گیاهچهای
Figure 5- Mean comparison of number of leaves per seedling under different freezing temperatures in seedling stage
درجه حرارت کشنده (LT50): نتایج حاصل از شکل 6 نشان داد که ژنوتیپ‌های مرودشت، پارسی و زرین به ترتیب با 2/5-، 4- و 5/3- درجه سانتی‌گراد بیشترین توان مقاومت به یخزدگی را داشتند و ژنوتیپ پیشتاز با 8/0- درجه سانتی‌گراد کمترین میزان مقاومت به یخزدگی را داشت. بنابراین ژنوتیپ پیشتاز بهعنوان ژنوتیپ حساس در بین بقیه ژنوتیپ‌های مورد بررسی شناسایی گردید. این نتایج نشانگر تفاوت ژنتیکی وسیع در بین ژنوتیپ‌های گندم است که امکان انتخاب آنها را از نظر مقاومت به سرما محیا می‌کند.
باتوجه به اینکه طوقه در غلات (نظیر گندم) کلیدیترین قسمت گیاه است و رشد مجدد آن پس از سرما نقش حیاتی در زنده ماندن گیاه دارد، بنابراین بهترین روش برآورد ماندگاری گندم در شرایط مزرعه تعیین درجه حرارت کننده (LT50) بر اساس بافت طوقه است (Mirzaei Asl et al., 2002). در این ارتباط سایر محققین نیز در بررسی ارقام و ژنوتیپ‌های مختلف گندم تفاوت محسوسی را در بین آنها از نظر درجه حرارت کشنده (LT50) گزارش کردند، به طور مثالAzizi و همکاران (2007) در بررسی تحمل به سرمای 14 رقم گندم بیان کردند که ارقام گلنسون و مارون به ترتیب با درجه حرارت کشنده معادل 8/15- و 7/3- بهعنوان ارقام مقاوم و حساس بودند. در آزمایش دیگر تفاوت معنی‌داری از نظر درجه حرارت کشنده ارقام جو (Nezami et al., 2010 a) و علف چمنی (Nezami et al., 2016) گزارش شد. احتمالاً این تفاوت در ژنوتیپ‌های گندم و جو از نظر واکنش متفاوت به تنش سرما بخاطر مکانیسمهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی درگیر در آنها برای کاهش اثرات مخرب یخزدگی است.
شکل 6- درجه حرارت کشنده (LT50) در ژنوتیپ‌های مختلف گندم
Figure 6- Lethal Temperature 50 (LT50) in different wheat genotypes
جدول 7- ضرایب همبستگی بین صفات مورد مطالعه در گیاهچههای گندم
Table 7. Correlation coefficients between studied traits in wheat seedlings
|
صفات |
درصد بقاء Survival percent |
وزن خشک Dry weight |
ارتفاع Height |
تعداد برگ Leaf number |
|
درصد بقاء Survival percent |
1 |
|
|
|
|
وزن خشک Dry weight |
**0.84 |
1 |
|
|
|
ارتفاع height |
**0.81 |
**0.94 |
1 |
|
|
تعداد برگ Leaf number |
**0.88 |
**0.95 |
**0.96 |
1 |
* و ** بهترتیب معنی‌دار در سطح احتمال 5 و 1 درصد است.
نتیجه‌گیری
به طور کلی، نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که آزمون یخزدگی در شرایط کنترل شده و اندازهگیری درصد بقاء و صفات مرفولوژیکی می‌تواند معیار قابل قبولی را جهت تخمین خسارت ناشی از سرما فراهم آورد. همچنین نتایج نشانگر این مطلب است که با کاهش بقاء گیاهچه در اثر افت دما، میزان وزن خشک، ارتفاع گیاهچه و تعداد برگ در گیاهچههای تولیدی نیز کاهش یافت. با وجود این بسته به شدت تنش یخزدگی واکنش ژنوتیپ‌های گندم مورد مطالعه متفاوت بود به طوری که ژنوتیپ مرودشت با داشتن بیشترین توان مقاومت به یخزدگی (2/5- درجه سانتی‌گراد) در بین بقیه ژنوتیپ‌های گندم از نظر وزن خشک، ارتفاع و تعداد برگ گیاهچه نیز برتری داشت و ژنوتیپ پیشتاز در بین بقیه ژنوتیپ‌های مورد بررسی ژنوتیپی فوقالعاده حساس به یخزدگی شناسایی شد. در نهایت جهت حصول اطمینان از تحمل به سرمای ژنوتیپ‌های یاد شده، انجام آزمایش در شرایط مزرعه پیشنهاد میگردد.
سپاسگزاری
بودجه این تحقیق توسط دانشگاه رازی تأمین گردید که بدینوسیله تشکر و قدردانی میگردد
)