اثر تنش سرما بر محتوای کلروفیل، فلورسانس کلروفیل و فعالیت آنزیم‌های اکسیداتیو سه رقم جو (Hordeum vulgare L.)
الموضوعات :علی بشیرزاده 1 , خانلار عبداله‌اف 2 , زمان محمودوف 3
1 - گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد آستارا، دانشگاه آزاد اسلامی، آستارا، ایران.
2 - موسسه گیاه شناسی، علوم آکادمیک طبیعی، دانشگاه دولتی باکو، آذربایجان.
3 - موسسه گیاه شناسی، علوم آکادمیک طبیعی، دانشگاه دولتی باکو، آذربایجان.
الکلمات المفتاحية: انتقال الکترون, پراکسید هیدروژن, تنش حرارتی, کلروفیل a, مالون‌دی آلدئید.,
ملخص المقالة :
سرما یکی از مهم‌ترین تنش‌های غیرزیستی است که رشد و عملکرد محصول را در سراسر جهان محدود می‌کند. به منظور بررسی چگونگی سازگاری گیاهچه‌های 20 روزه جو با تنش سرمای کوتاه مدت، مطالعه حاضر به‌صورت فاکتوریل با چهار تکرار در آزمایشگاه بذر مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج، انجام شد. فاکتورهای آزمایش شامل ارقام جو (رقم کارون حساس به سرما، فصیح نیمه متحمل به سرما و ماکویی متحمل به سرما) و سه سطح تنش سرما شامل 4، 8 و 22 (شاهد) سلسیوس، بود که تیمارهای دمایی به‌مدت 48 ساعت بر گیاهچه‌های جو اعمال شد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که برهمکنش سرما و رقم بر روی اغلب صفات اندازه‌گیری شده در این مطالعه معنی‌دار بود. مقایسه میانگین نیز نشان داد بیشترین مقدار F0 در رقم کارون و فصیح در 8 درجه و در رقم ماکویی در 4 درجه مشاهده شد در حالی‌که در هر سه رقم با کاهش دما مقدار Fv و محتوای کلروفیل a کاهش یافت. نسبت Fm/Fv در رقم ماکویی و فصیح با کاهش دما کاهش یافت اما در رقم کارون تغییر معنی‌داری در این نسبت مشاهده نشد. علاوه بر این با کاهش دما میزان مالون‌دی‌آلدهید و پراکسید هیدروژن و نیز فعالیت آنزیم پراکسیداز در هر سه رقم به‌ویژه رقم کارون افزایش یافت اما فعالیت آنزیم کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز تحت تاثیر رقم قرار نگرفت و بیشترین فعالیت کاتالاز و پراکسیداز به ترتیب در دمای 8 و 4 درجه به‌دست آمد. نتایج به‌دست آمده نشان داد ارقام متحمل‌تر نسبت به رقم حساس (کارون) در دماهای پایین با محدود کردن تولید ترکیباتی مانند H2O2 و مالون‌دی‌آلدهید ، محتوای کلروفیل و کارایی فتوسنتزی بالاتری داشته که احتمالاً منعکس کننده سازگاری بیشتر به سرما است.
Apostolova, P., Yordanova, R. and Popova, L. (2008). Response of antioxidative defence system to low temperature stress in two wheat cultivars. Gen Apply Plant Physiology, 34(3-4):281-294.
Begovic, L., Galic, V., Abicic, I., Loncaric, Z., Lalic, A. and Mlinaric, S. (2020). Implications of intra-seasonal climate variations on chlorophyll a fluorescence and biomass in winter barley breeding program. Photosynthetica, 58(4):995-1008.
Boominathan, R. and Doran, P.M. (2002). Ni induced oxidative stress in roots of the Ni hyperaccumlator, Alyssum bertoloni. New Phytologist 156: 202-205.
Capo-chichi, L., Nyachiro, J., Juskiw, P. and Beattie A.S. (2015). Science and plants for people. The Shaw Conference Centre. Journal of Botany, (1): 25- 29.
Dai, F., Zhou, M. and Zhang, G. (2007). The change of chlorophyll fluorescence parameters in winter barley during recovery after freezing shock and as affected by cold acclimation and irradiance. Plant Physiology and Biochemistry. 45:915-921.
Dashti, M., Kafi, M., Tavakkoli, H., Mirza, M. and Nezami, A. (2014). Effects of freezing stress on Morpho-physiological indices and chlorophyll fluorescence of Salvia leriifolia Benth. Seedlings. Plant Reasearch Journal, 28(5): 964-973.
Doğru, A. and Çakirlar, H. (2020). Effects of leaf age on chlorophyll fluorescence and antioxidant enzymes activity in winter rapeseed leaves under cold acclimation conditions. Brazilian Journal of Botany, 43(1):11-20.
Fahimirad, S., Karimzadeh, G. and Ghanati, F. (2013). Cold-induced changes of antioxidant enzymes activity and lipid peroxidation in two canola (Brassica napus L.) cultivars. Journal of Plant Physiology and Breeding, 3(1):1-11.
Giannopolitis, C. N. and Ries, S.K. (1977). Superoxide dismutase: occurrence in higher plants. Plant Physiology, 59: 309-314.
Habibi, G. and Hajiboland, R. (2012). Comparison of photosynthesis and antioxidative protection in Sedum album and Sedum stoloniferum (Crassulaceae) under water stress. Photosynthetica, 50 (4): 508-518.
Hajihashemi, S., Noedoost, F., Geuns, J. M., Djalovic, I. and Siddique, K.H. (2018). Effect of cold stress on photosynthetic traits, carbohydrates, morphology, and anatomy in nine cultivars of Stevia rebaudiana. Frontiers in Plant Science, 9, 1430.
Hassibi, P., Moradi, F. and Nabipour, M. (2007). Screening of rice genotypes for low temperature stress-using chlorophyll fluorescence. Iranian Journal of Crop Science, 9(1):14-31.
Heidarvand, L. and Maali Amiri, R. (2010). What happens in plant molecular responses to cold stress?. Acta Physiologiae Plantarum, 32(3): 419-431.
Jedmowski, C. and Brüggemann, W. (2015). Imaging of fast chlorophyll fluorescence induction curve (OJIP) parameters, applied in a screening study with wild barley (Hordeum spontaneum) genotypes under heat stress. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 151:153-160.
Kalaji, H. M., Bosa, K., Kościelniak, J. and Hossain, Z. (2011). Chlorophyll a fluorescence—a useful tool for the early detection of temperature stress in spring barley (Hordeum vulgare L.). Omics: a journal of integrative biology, 15(12): 925-934.
Kalaji, H.M., Rastogi, A., Živčák, M., Brestic, M., Daszkowska-Golec, A., Sitko, K. and Cetner, M.D. (2018). Prompt chlorophyll fluorescence as a tool for crop phenotyping: an example of barley landraces exposed to various abiotic stress factors. Photosynthetica, 56(3): 953-961.
Kato, M. and Shimizu, S. (1987). Chlorophyll metabolism in higher plants. VII. Chlorophyll degradation in senescing tobacco leaves; phenolic-dependent peroxidative degradation. Canadian Journal of Botany, 65(4):729-735.
Klughammer, C. and Schreiber, U. (2008). Complementary PS II quantum yields calculated from simple fluorescence parameters measured by PAM fluorometry and the Saturation Pulse method. PAM Application Notes, 1(2):201-247.
Kowalczewski, P.Ł., Radzikowska, D., Ivanišová, E., Szwengiel, A., Kačániová, M. and Sawinska, Z. (2020). Influence of abiotic stress factors on the antioxidant properties and polyphenols profile composition of green barley (Hordeum vulgare L.). International Journal of Molecular Sciences, 21(2): 397.
Landi, S., Capasso, G. and Esposito, S. (2021). Different G6PDH isoforms show specific roles in acclimation to cold stress at various growth stages of barley (Hordeum vulgare) and Arabidopsis thaliana. Plant Physiology and Biochemistry, 169:190-202.
Li, H., Li, H., Lv, Y., Wang, Y., Wang, Z., Xin, C. and Li, X. (2019). Salt priming protects photosynthetic electron transport against low temperature induced damage in wheat. Sensors, 20(1):62.
Liu, W., Yu, K., He, T., Li, F., Zhang, D. and Liu, J. (2013). The low temperature induced physiological responses of Avena nuda L., a cold-tolerant plant species. The Scientific World Journal, 13: 658-793.
Longo, V., Kamran, R. V., Michaletti, A., Toorchi, M., Zolla, L. and Rinalducci, S. (2017). Proteomic and physiological response of spring barley leaves to cold stress. Cell, 6(7): 659-667.
Majdi, M., Karimzadeh, G. andTehranMahfoozi, S. (2008). Effects of low temperature and exogenous calcium on the quantum efficiency of photosystem II (Fv/Fm) and relative content of chlorophyll in cold susceptible and tolerant wheat cultivars. Pajouhesh and Sazandegi, 77:175-181.
Marečková, M. and Barták, M. (2017). Short-term responses of primary processes in PS II to low temperature are sensitively indicated by fast chlorophyll fluorescence kinetics in Antarctic lichen Dermatocarpon polyphyllizum. Czech Polar Reports, 7(1): 74-82.
Marečková, M., Barták, M. and Hájek, J. (2019). Temperature effects on photosynthetic performance of Antarctic lichen Dermatocarpon polyphyllizum: a chlorophyll fluorescence study. Polar Biology, 42(4), 685-701.
Margutti, M.P., Reyna, M., Meringer, M.V., Racagni, G.E. and Villasuso, A.L. (2017). Lipid signalling mediated by PLD/PA modulates proline and H2O2 levels in barley seedlings exposed to short-and long-term chilling stress. Plant Physiology and Biochemistry, 113: 149-160.
Mishra, A., Mishra, K.B., Höermiller, I.I., Heyer, A.G. and Nedbal, L. (2011). Chlorophyll fluorescence emission as a reporter on cold tolerance in Arabidopsis thaliana accessions. Plant Signaling and Behavior, 6(2): 301-310.
Mittler, R. (2002). Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in plant science, 7(9): 405-410.
Mohammad, J., Naziri, M., Nazir, A., Shah, D. and Jamal, H. (1996). Wheat yield component as affected by low water stress at different growth stage. Sarhad Journal Agriculture, 12: 19-26.
Moieni-Korbekandi, Z., Karimzadeh, G. and Sharifi, M. (2014). Cold-induced changes of proline, malondialdehyde and chlorophyll in spring canola cultivars. Journal of Plant Physiolology and Breeding. 4: 1-11.
Nesterova, N., Pareniuk, O., Illienko, V., Ruban, Y., Shavanova, K. and Shpyrka, N. (2019). Physiological Reactions in Cereals Family Avena Sativa L. and Avena Nuda L., Caused by Low-Temperature Stress Factors. In 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO) (pp. 502-506). IEEE.
Nezami, A., Khazaei, H., Dashti, M., Mehrabadi, H., Eyshi Rezaee, E., Ahmadi, M. (2013). Evaluation of Morpho-physiological indices in autumn sugar beet (Beta vulgaris L.) cultivars under freezing stress at seedling stage. Journal of Sugar Beet, 29(1): 31-15.
Petcu, E. and Vasilescu, L. (2018). The effect of low temperatures on chlorophyll fluorescence and its relationtships with frost resistance of winter barley. Analele Institutului National de Cercetare-Dezvoltare Agricola Fundulea, 86: 293-299.
Rizza, F., Pagani, D., Gut, M., Prášil, I.T., Lago, C., Tondelli, A. Stanca, A.M. (2011). Diversity in the response to low temperature in representative barley genotypes cultivated in Europe. Crop Science, 51(6): 2759-2779.
Sayed, O.H. (2003). Chlorophyll fluorescence as a tool in cereal crop research. Photosynthetica, 41(3): 321-330.
Shamsifar, S., Mirfakhraie, R., and Haghpanah, K. (2021). Study on Genetic Diversity of some Barley (Hordeum vulgare L.) Cultivars Using SSR Marker and Physiological Traits, Froctun and Ion Leakage under Late Spring Cold Stress. Journal of Crop Breeding, 12 (34):199-209.
