The effects of drought stress on seed germination and some of morphological and physiological traits in Trachyspermum ammi
امین باقی زاده
1
(دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته)
Malihe Afroushte
2
(Graduate University of Advanced Technology)
Baratali Fakheri
3
(Department of Agronomy and Plant Breeding, Zabol University)
Keywords: Polyethylene glycol, Proline, soluble sugar, morphological and physiological characteristics,
Abstract :
In order to assess the response of ajowan to drought stress that induced by PEG 6000 on germination and growth stages, two separate experiments that in each useed completely randomized design with three replications were done. In first experiment, the response of germination of ajowan seeds was investigated to different levels of drought stress include osmotic potential of zero (control), - 1/5, -2, -2/5 and -3bar that prepared by PEG6000. The second experiment was same first, but in this experiment, morphological and physiological characters of ajowan in different level of drought stress were evaluated. Results of Anova at our data showed that drought stress has significant effect (p≤0/01) on germination characters such as germination percentage, germination rate, height of plumule, length of radicle, dry weight of radicle and plumule. Mean comparison of treatments showed, with increase in drought stress, all the above characters have been reduced. Morphological traits such as leaf area, fresh and dry weight of shoot and root and shoot dry weight ratio to root decreased under drought stress. Also, drought stress had a significant effect on the amount of proline and soluble sugars in the aerial part and root. Comparison of mean of treatments showed that, with increasing stress, the amount of proline and soluble sugars in the shoot and root increased (p≤0/01). The results showed, that germination parameters were reduced by drought stress. Ajowan showed differently responce to tolerate drought stress. Ajowan plant for tolerance to drought stress has different reactions, including reduction of traits such as leaf area and dry and fresh weight of aerial part and root and increase traits such as proline content and soluble sugars.
تاثیر تنش خشكي بر جوانهزني و برخی خصوصيات
مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گياه زنیان(Trachyspermum ammi)
چكيده
به منظور بررسي واكنش گياه دارويي زنیان به تنش خشكي ناشي از پلياتيلنگلايكول در مراحل جوانهزني و رشد رويشي دو آزمايش جداگانه هر يك در قالب طرح كاملا تصادفی با سه تكرار انجام شد. در آزمايش اول واكنش جوانهزني بذرهاي زنیان به سطوح مختلف تنش خشكي شامل پتانسيلهاي اسمزي ، صفر )شاهد(، 5/1- ،2- ، 5/2- و 3- بار كه با استفاده از PEG6000 تهيه شده بودند، مورد بررسي قرار گرفت. آزمايش دوم مشابه آزمايش اول بود، با اين تفاوت كه در اين آزمايش صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گياه زنیان كه در سطوح مختلف تنش خشكي قرار گرفته بودند، مورد مطالعه و تجزيه آماري قرار گرفتند. نتايج تجزیه واريانس مشاهدات نشان داد كه تنش خشكي تاثير معنيداري ( p≤0/01) برخصوصيات جوانهزني شامل درصد جوانهزني، سرعت جوانهزني، طول ساقهچه، طول ريشهچه، وزن خشك ساقهچه و وزن خشك ريشهچه داشت. مقايسه ميانگين تيمارها نشان داد كه با افزايش تنش خشكي تمامی صفات فوق كاهش يافتند. صفات مورفولوژيكي مانند سطح برگ، وزن تر و خشك بخش هوايي و ريشه و نسبت وزن خشك بخش هوايي به ريشه تحت تاثير خشكي كاهش يافتند. همچنين تنش خشكي تاثير معنيداري بر ميزان پرولين و قندهاي محلول بخش هوايي و ريشه داشت. مقايسه ميانگين تيمارها نشان داد كه با افزايش تنش، ميزان پرولين و قندهاي محلول بخش هوايي و ريشه افزايش يافت.( p≤0/ 01) نتایج نشان داد پارامتر های جوانه زنی تحت تاثیر تنش خشکی کاهش می یابند. گیاه زنیان برای تحمل تنش خشکی عکس العمل های متفاوتی از جمله کاهش صفاتی چون سطح برگ و وزن خشک و تر اندامهای هوایی و ریشه و افزایش صفاتی مانند میزان پرولین و قند های محلول را نشان می دهد.
واژه هاي كليدي : پلی اتیلن گلیکول ، خصوصیات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی ، پرولين، قندهاي محلول
مقدمه 1
زنیان گیاهی است علفی ، یکساله و بی کرک به ارتفاع 30 تا 90 سانتی متر که به حالت خودرو در نواحی شرقی هند، ایران و مصر می روید. بعلاوه امروزه این گیاه در نواحی مذکور و نقاط مختلف پرورش می یابد. این گیاه دراستان های بلوچستان ، آذربایجان ، اصفهان ، خوزستان ، فارس ،کرمان و خراسان یافت می شود. برگهائی با پهنک منقسم با بریدگیهای نازک و ظریف و گلهای به رنگ سفید و مجتمع به صورت چتر مرکب دارد. میوه اش کوچک بیضوی به رنگ قهوه ای مایل به زرد و دارای بوئی شبیه تیمول است. قسمت مورد استفاده این گیاه میوه آن است. زنیان بیشتر در زمینهای سبک رسی سیلیسی و آفتابگیر و چراگاهها می روید. تکثیر این گیاه به وسیله دانه (میوه) صورت می گیرد. زمان محصول برداری میوه در ماه های مرداد و شهریور می باشد(19و3). خشکی از جمله تنشهای فيزيکی است که به عنوان مهم ترين عامل محدودکننده رشد و توليد گياهان زراعی در اکثر نقاط جهان و ايران شناخته شده است(5) . بلوم (1996)گزارش نمود که خشکی يک تنش چند بعدی است که گياهان را در سطوح مختلف سازمانی تحت تاثير قرار میدهد(10). در سطح گياه پاسخ به تنش خشکی پيچيده است ، زيرا بازتابی از تلفيق اثرات تنش و پاسخهای مربوطه در تمام سطوح پائين سازمانی ، در فضا و زمان است(1). سيديک و همکاران (1999)گزارش کردند که خشکی به عنوان مهمترين عامل کنترل کننده عملکرد محصولات ، تقريبا روی کليه فرايندهای رشد گياه تاثيرگذار است(36). با وجود پيشرفتهاي زياد تكنولوژي و مديريت زراعي هنوز جوانهزني و رشد اوليه بذر در كشاورزي از اهميت قابل توجهي برخوردار است(4). در زراعت، موفقيت يا عدم موفقيت توليد به جوان زدن كامل و سريع بذرها و توليد گياهچههاي قوي وابسته است. بنابراين درك مناسب از رفتار جوانهزني در شرايط مختلف محيطي در راستاي افزايش محصول اهميت زيادي دارد(41). جوانهزني شامل فرآيندهاي مربوط به انتقال مواد ذخيرهاي به محور جنين و شروع فعاليتهاي متابوليك و رشد آن است. اين مرحله از چرخه زندگي گياهان نقش تعيين كنندهاي در استقرار مناسب گياه و عملكرد نهايي آن دارد زيرا جوانهزني بذر يكي از آسيبپذيرترين و بحرانيترين مراحل در چرخه زندگي گياهان ميباشد(22و11). در سراسر دنيا يكي از مهمترين عوامل غيرزيستي و محدودكننده جوانهزني و همچنين رشد اوليه گياهچهها، تنش خشكي است (24). قابليت دسترسي به آب و جذب آن توسط بذر، براي انجام فرآيندهاي جوانهزني و متعاقب آن رشد گياهچهها ضروري است . افزايش تنش خشكي قابليت دسترسي به آب را كاهش داده و اثرات نامطلوبي بر درصد وسرعت جوانهزني و همچنين رشد گياهچهها خواهد داشت(24). رضازاده و كوچكي(2005) در آزمايش خود برروی جوانهزني بذرهاي زنيان، رازيانه و شويد مشاهده كردند كه با اعمال تنش خشكي و شوري در دماهاي مختلف، درصد و سرعت جوانهزني و همچنين طول ريشهچه و ساقهچه تمامي گونهها كاهش يافت، بطوريكه در ميان بذرها، بذر شويد كمترين مقاومت را نسبت به تغييرات دما و پتانسيل اسمزي نشان داد(34).در طول دوران رشد رویشی ، تنش خشکی اثرات قابل توجه ای بر صفات مختلف مورفولوژیکی دارد. اکثر گیاهان تحت تنش خشکی باکاهش سطح برگ و ایجاد تغییر در برخی صفات دیگر سعی در کاهش آسیب های ناشی از تنش ایجاد شده دارند(21). تنظيم اسمزي به عنوان جزئي مهم از مكانيزمهاي تحمل به خشكي در گياهان مطرح است( 32و26). گياهان در شرايط متفاوت محيطي، مواد محلول با وزن مولكولي كم كه بطور كلي مواد محلول سازگار ناميده ميشوند را سنتز مينمايند .اين مواد حل شونده سازگار شامل اسيدهاي آمينه (پرولين، گلايسين) ، قندها (ساكارز، گلوكز) ، الكلهاي قندي (مانيتول، سوربيتول)، يونها، اسيدهاي آلي، آميدها، آمينها و گروههاي بتائين ميباشند كه در پاسخ به تنش خشكي سنتز شده و با واكنشهاي عادي بيوشيميايي سلول تداخل ندارند . تجمع اين مواد سبب كاهش پتانسيل آب اندامهاي گياهي و متعاقبا ايجاد شيب پتانسيل آب نسبت به محيط خارج شده كه در چنين حالتي جذب آب توسط گياه امكان پذير مي گردد(32و2). پرولين يكي از اسيدآمينههاي فعال در پديده تنظيم اسمزي است كه در ايجاد و حفظ فشار اسمزي درون گياه نقش به سزايي دارد. اگرچه پرولين در همه اندامهاي گياه در طي تنش تجمع مييابد ولي سريعترين انباشت را در برگها دارد. تجمع پرولين در ريشهها با تاخير زماني نسبت به تجمع در برگها صورت ميگيرد. بررسيها نشان مي دهد كه افزايش پرولين در ريشهها ناشي از انتقال آن از برگها ميباشد(17و7). نقشهاي فيزيولوژيكي متعددي براي افزايش پرولين در اثر تنش خشكي مطرح شده است .از جمله پرولين در تنظيم فشار اسمزي، حفاظت از مولكولهاي پروتئيني و يكپارچگي غشاي سلولي، ذخيره كربن و نيتروژن، جاروب كردن رادیکال های 1آزاد و عمل آنتي اكسيداني نقش دارد (8). تجمع پرولين در گياهان بوسيله دو مسير بيولوژيكي، مسير وابسته به گلوتامات2 و مسير وابسته به اورنيتين 3انجام ميشود. ظاهرا مسير وابسته به گلوتامات در شرايط تنش خشكي، مسير غالب میباشد. اهميت نسبي مسير اورنيتين در گياهان تيمارشده با تنش، بستگي به نوع گونه، نوع اندام و مرحله تكاملي گياه دارد (18و8). يكي ديگر از اسموليتهاي سازگار، قندهاي محلول ميباشد كه در شرايط خشكي تجمع يافته و به عنوان عوامل حفاظتي در گياهان عمل ميكنند. در شرايط تنش، قندها از سلولها از طريق تنظيم اسمزي و نگهداري تورژسانس و همچنين پايداري غشاها و پروتئينها محافظت ميكنند .قندها در طول آبزدايي سلولها با شیشه ای اي شدن سيتوپلاسم سبب تحمل گياهان به خشكي ميشود(8و3).در برخي از منابع گزارش شده است كه در اثر تنش خشكي ميزان نشاسته كاهش ولي قندهاي محلول افزايش مييابد(31).افزايش قندهاي محلول در سلولهاي گياهي سبب كاهش پتانسيل اسمزي و متعاقبا پتانسيل آبي شده و جذب آب به درون سلولها را آسان مينمايد (38). با توجه به اهميت گياه زنیان در مصارف دارویی و نظر به كمبود آب آبياري و نزولات آسمانی در كشور، بررسي واكنش اين گياه به سطوح مختلف تنش خشكي حائز اهميت است .بنابراين تحقيق حاضر با هدف بررسي واكنش گياه زنیان به سطوح مختلف تنش خشكي در دو مرحله جوانهزني و رشد رويشي انجام شد.
مواد و روشها
به منظور بررسي تاثیر تنش خشكي بر مراحل جوانه زني و رشدرويشي زنیان، دو آزمايش جداگانه در قالب طرح كاملاً تصادفي با سه تكراردر سال 1392 درزابل انجام شد. در آزمايش اول، سطوح مختلف خشكي شامل صفر، 5/1- ،2- ، 5/2- و 3- بار بوسيله پلي اتيلن گلايكول 6000 تهيه شد. جهت ايجاد پتانسيل صفر بار) شاهد( از آب مقطر استفاده شد و براي ايجاد ساير سطوح تنش خشكي مقادير معيني از پلياتيلنگلايكول مطابق روش ميچل و كافمن با استفاده از نرم افزار اکسل تهيه و در آب حل شد (15و1). بذور ابتدا با هيپوكلريت سديم 5/0 درصد به مدت 45 ثانيه ضدعفوني و سپس دو بار با آب مقطر استريل، شستشو داده شدند. براي كشت بذرها از ظروف پتري با ابعاد 80×80 ميليمتر كه كف آنها توسط كاغذ صافي پوشيده شده بود، استفاده شد .به هر ظرف 7 سانتيمتر مكعب از محلول مورد نظر (براي تيمار شاهد7 سانتيمتر مكعب آب مقطر (اضافه گرديد .براي هر تيمار خشكي 3 پتري در نظر گرفته شد كه هر پتري به عنوان يك واحد آزمايشي منظور شد. در داخل هر پتري 20عدد بذر بر روي كاغذ صافي كشت شد. براي جلوگيري از تبخير از سطح ظروف ، درب ظرفها بطور كامل با پارافيلم پوشيده شد .در طول7 روز مدت آزمايش، روزانه ظروف بازبيني و تعداد بذرهاي جوانهزده شمارش شدند .بذرهايي كه طول ريشهچه آن 2 و يا بيشتراز 2ميليمتر بودند، به عنوان بذرهاي شمارش شده ثبت شدند، درپايان آزمايش درصد جوانهزني بذرها از طريق معادله 1 تعيين شد .در ادامه اين مرحله از هر ظرف 10 گياهچه بطور تصادفي انتخاب و صفات مورفولوژيكي شامل طول ساقهچه و ريشهچه آنها با استفاده از خطكش ميليمتري تعيين شد. به منظور تعيين وزن خشك ريشهچه و ساقهچه، اندامهاي فوق به مدت 24 ساعت در دماي 80 درجه سانتيگراد در آون خشك شدند . در پايان آزمايش درصد جوانهزني، سرعت جوانهزني، طول ريشهچه، طول ساقهچه، وزن خشك ساقهچه و ريشهچه و نسبت وزن خشك ساقهچه به ريشهچه براي هر تيمار اندازهگيري و نتايج آن ثبت شد.
درصد جوانهزني بذرها از فرمول زير(رابطه یک) محاسبه شد:
PG=
. 100 رابطه (1)
در اين معادله ،PG درصد جوانهزني ؛ ni تعداد بذرهاي جوانهزده تا روزiام ؛ و N تعداد كل بذرها ميباشد(34).
براي محاسبه سرعت جوانهزني از رابطه زير(رابطه 2) استفاده شد.
R s=
رابطه (2)
در اين معادله ، Rs سرعت جوانهزني، Si تعداد بذر جوانهزده در هر روز وD تعداد روزهاي سپري شده از شروع آزمايش ميباشد(34). در آزمايش دوم، بذرها پس از ضد عفوني در سينيهاي پلاستيكي در محيط تاريك كشت شدند .وقتي گياهچهها به مرحله دو برگي رسيدند، سينيها به شرايط نوري منتقل شدند . به منظور ايجاد تطابق، گياهچهها براي مدت 2 الي 3 روز در روشنايي نگاه داشته شدند. هر واحد آزمايشي در اين مرحله از يك ظرف پلاستيكي به حجم 1000 ميليليتر كه حاوي محلول غذايي هوگلند بود، تشكيل شد. سطوح مختلف تنش خشكي)مشابه آزمايش جوانهزني( با استفاده از پلياتيلنگلايكول 6000 در هر يك از ظرفها ايجاد شد. برای هرواحد آزمایشی7 عدد گياهچه تقريباً هم اندازه و سالم انتخاب و به ظرفهاي حاوي محلول غذايي و پلياتيلنگلايكول 6000 انتقال يافتند . براي استقرار گياهچهها از حلقههاي پلاستيكي و پنبه استفاده گرديد. اكسيژن لازم براي تنفس ريشهها از طريق پمپهاي كه بدين منظور طراحي شده بودند، فراهم گردید. گياهچهها در فيتوترون با دماي2±21 درجه سانتيگراد و دوره نوري 16 و 8 ساعت به ترتيب روشنايي و تاريكي رشد نمودند. گياهچهها پس از يكماه از گلدانها خارج و خصوصيات مورفولوژيكي مانند سطح برگ، وزن تر و خشك بخش هوايي و ريشه اندازهگيري شد و نسبت وزن خشك بخش هوايي به ريشه محاسبه گردید. براي اين منظور قسمتهاي مختلف گياه) ريشه، ساقه و برگ (از يكديگر تفكيك شد. سطح سبز گياه توسط دستگاه اندازه گيري سطح برگ و وزن تر ريشه و اندام هوايي، با ترازوي ديجيتال با دقت001/0 گرم اندازهگيري شد .به منظور تعيين وزن خشك ريشه و بخش هوايي اندامهاي فوق به مدت 24 ساعت در دماي 70 درجه سانتيگراد در آون خشك شدند و سپس وزن خشك آنها به صورت جداگانه تعيين شد .براي اندازهگيري پرولين از روش بیتز و همكاران (1973)استفاده شد(7). ابتدا 5/0 گرم از هر بافت) اندام هوايي، ريشه( برداشت گرديد. سپس بافت گياهي در هاون چيني كاملا سائيده شد. بعد از اين مرحله10 ميليليتر اسيد سولفوريك آبدار 3درصد به آن اضافه و محتوي هاون بهمزده شد و در نهايت با كاغذ صافي صاف گرديد. به 2 ميليليتر از محلول حاصل، 2 ميليليتر معرف ناين هيدرين( 125 ميليگرم ناين هيدرين بعلاوه 20 ميليليتر اسيد فسفريك 6 مولار بعلاوه 30 ميليليتر اسيد استيك گلاسيال (اضافه شد و به مدت يك ساعت در حمام آب جوش در دماي 100 درجه سانتيگراد قرار داده شد .سپس لولههاي محتوي محلول حاصل در يخ قرار گرفت تا سرد شدند .پس از ايجاد تعادل با دماي محيط به لولهها 4 ميليليتر تولوئن اضافه گرديد و به مدت 30 ثانيه به شدت هم زده شد .استانداردهاي پرولين در مقادير 1، 2 ، 3 ، 4 و5 ميكروگرم در ميليليتر تهيه گرديد و نمونههاي حاصل و استانداردها در طول موج 520 نانومتر با دستگاه اسپكتروفتومتر خوانده شد .با استفاده از رسم منحني استاندارد مقدار پرولين برحسب ميكرومول بر گرم وزن تر محاسبه شد. براي اندازهگيري قندهاي محلول از روش دوبويس استفاده شد (16). براي اين منظور02/0گرم بافت خشك شده گياه توسط 3 ميليليتر الكل 80 درصد در هاون چيني كاملاً سائيده شد .سپس محلول حاصل به مدت 15 دقيقه در 5000 دور بر دقيقه سانتريفيوژ شد و از محلول روشناور براي سنجش قندهاي محلول استفاده شد .بدين ترتيب كه يك ميليليتر از عصاره حاوي كربوهيدراتهاي محلول در لوله آزمايش ريخته شد و به آن يك ميليليتر محلول 5 درصد فنل (5 گرم فنل در 100ميليليتر آب مقطر) افزوده و به خوبي همزده شد) نمونهها به نسبت 2:1 يا 4:1 رقيق شدند . (در مرحله نهايي، 5 ميليليتر اسيد سولفوريك غليظ به هر لوله اضافه شد و عمل مخلوطسازي به شدت انجام گرديد .لولهها به مدت نيم ساعت در دماي اتاق قرار گرفتند و مقادير جذب نوري آنها در طول موج 480 نانومتر توسط دستگاه اسپكتروفتومتر تعيين شد .محلولهاي استاندارد گلوگز با غلظتهاي 30،20،10 ,40 ، 50 ، 60، 70، 80 و 90ميليگرم در ليتر تهيه شد .با استفاده از رسم منحني استاندارد، مقدار قند برحسب گرم در 100 گرم بافت خشك گياه محاسبه شد. براي آناليز واريانس مشاهدات حاصل از هر دو آزمايش و انجام مقایسه میانگین تیمارها به روش دانکن از نرمافزارهاي آماري MSTAT-C و SPSS16 و براي ترسيم نمودارها از نرم افزار Excel استفاده شد.
نتايج و بحث
نتايج تجزيه واريانس مشاهدات نشان داد كه تنش خشكي تاثير معنيداري بر درصد جوانهزني داشت .با كاهش پتانسيل آب و افزايش سطوح خشكي، درصد جوانهزني كاهش يافت .در اين رابطه پتانسيل صفر بار بيشترين درصد جوانهزني و پتانسيل 3- بار كمترين درصد جوانهزني را دارا بودند (شکل1). درصد جوانهزني در پتانسيل3- بار نسبت به شاهدحدود 35درصد كاهش داشت . توبه و همكاران (2001)بيان نمودند كه دانهها براي انجام فرآيند جوانهزني، بايستي به اندازه كافي آب جذب نمايند، مواد محلول موجود در محيط كشت از جمله PEG سبب كاهش جذب آب توسط دانه و متعاقب آن تاخير و يا توقف جوانهزني ميشوند(39). تنش خشكي و محدوديت جذب آب توسط دانه، از طريق تاثير بر انتقال ذخاير دانه و سنتز پروتئينها در جنين، احتمالا علت اصلي كاهش ميزان جوانهزني است(15). نتايج مشاهدات مربوط به سرعت جوانهزني مويد اين است كه تنش خشكي تاثير معنيداري بر سرعت جوانهزني دارد. مقايسه ميانگين سطوح مختلف تنش خشكي حاكي از کاهش سرعت جوانهزني با كاهش پتانسيل آب است (شکل2). چنانچه جذب آب توسط بذر دچار اختلال گردد و يا جذب به آرامي صورت گيرد، فعاليتهاي متابوليكي جوانهزني در داخل بذر به آرامي انجام خواهد شد (14).
شکل 1: میانگین درصد جوانهزنی در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل2: میانگین سرعت جوانهزنی در سطوح مختلف تنش خشکی
نتايج مربوط به ميانگين طول ساقهچه نشان داد كه اين صفت تحت تاثير تنش خشكي قرار ميگيرد . در اين آزمايش با كاهش پتانسيل آب، طول ساقهچه كاهش يافت(شکل3). بيشترين طول ساقهچه به پتانسيل آب صفر(10 ميلي متر) و كمترين طول ساقهچه به پتانسيل 3- بار( 3 ميليمتر ) تعلق داشت. به نظر ميرسد يكي از دلايل كاهش طول ساقهچه در شرايط تنش، كاهش يا عدم انتقال مواد غذايي از لپهها به جنين باشد(38). ماکار و همكاران(2009) در بررسي اثر تنش خشكي ناشي از پلياتيلنگلايكول بر جوانهزني و رشد گياهچههاي نخود (Cicer arietinum L) دريافتند كه با تغییر پتانسيل آب ، طول ساقهچه و ريشهچه بصورت معنيداري تغییر مييابد(25). نتايج تجزيه واريانس مشاهدات نشان داد كه تنش خشكي تاثير معنيداري بر طول ريشهچه داشت، بطوريكه با كاهش پتانسيل آب طول ريشهچه كاهش داشت (شکل4). با افزايش تنش از صفر به 3- بار ميانگين طول ريشه چه از193/5 به 758/1ميليمتر رسيد. در شرايط ، تنش خشكي كاهش جذب آب توسط بذر، باعث كاهش سرعت فعاليتهاي متابوليكي بذر، كاهش ترشح هورمونها و فعاليت آنزيمها و در نتيجه اختلال در رشد گياهچه)ريشهچه و ساقهچه( شده است(28).نتايج مشابهي توسط ساير محققان نيز گزارش شده است (41 و34،37 ، 23). به عنوان نمونه خالص رو و آقا عليخاني (2007) در بررسي اثر تنش خشكي ناشي از پلياتيلنگلايكول بر جوانهزني و رشد گياهچههاي بذرهاي سورگوم علوفهاي و ارزن مرواريدي مشاهده نمودند كه با افزايش تنش از 4/0- مگاپاسگال به بالا طول ريشه چه بطورمعنيداري كاهش مييابد(23).
شکل3: میانگین طول ساقهچه در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل4: میانگین طول ریشهچه در سطوح مختلف تنش خشکی
نتايج حاصل از تجزيه واريانس دادهها نشان داد كه وزن خشك ساقهچه و ريشهچه، تحت تاثير تنش خشكي قرار گرفت، بطوريكه با كاهش پتانسيل آب، هر دوي اين صفات كاهش يافتند (شکل های 5 و 6). كاهش وزن خشك ساقهچه و ريشهچه در شرايط تنش خشكي در ساير بررسيها نيز گزارش شده است (30و14). سلطاني و گالشي(2002) بيان نمودند كه دليل كاهش وزن گياهچه گندم، كاهش قدرت تحرك مواد ذخيرهاي در دانه و انتقال آنها از لپه به محور روياني است(37).
شکل5: میانگین وزن خشک ساقهچه در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل6: میانگین وزن خشکریشه چه در سطوح مختلف تنش خشکی
نتايج حاصل از تجزيه واريانس مشاهدات نشان داد كه تنش خشكي تاثير معنيداري بر نسبت وزن خشك ساقهچه به ريشهچه داشت، بطوريكه با افزايش تنش خشكي، نسبت وزن خشك ساقهچه به ريشهچه هم افزایش یافت (شکل 7) . زنگ و همكاران(2010)گزارش كردند كه كاهش رشد ساقهچه و از طرفي افزايش رشد ريشهچه گياهچههاي مناطق بياباني، به دليل كاهش تعرق و نفوذ ريشهچه به اعماق خاك براي دستيابي به منابع عميق آبي و متعاقبا افزايش بقاي گياهچه است(42).
شکل 7: میانگین نسبت وزن خشک ساقهچه به ریشهچه در سطوح مختلف تنش خشکی
نتايج مشاهدات مربوط به وزن تر و خشك بخش هوايي مويد اين است كه تنش خشكي تاثير معنيداري بر اين دو صفت دارد. مقايسه ميانگين وزن تر و خشك بخش هوايي نشان داد كه با كاهش پتانسيل آب و افزايش سطوح خشكي ميزان اين دو صفت كاهش يافت )شکل8 و10 . (نتايج تجزيه واريانس ومقایسه میانگین تیمارها نشان داد كه تنش خشكي تاثير معنيداري بر وزن تر و خشك ريشه داشته است (شکل 9 و11). به نظر ميرسد كاهش وزن تر در گياهان تيمار شده با خشكي، به دليل جلوگيري از توسعه و رشد سلولي ناشي از كاهش فشار تورگر باشد(33).
شکل 8: میانگین وزن تر بخش هوایی در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل 9: میانگین وزن تر ریشه در سطوح مختلف تنش خشکی
كاهش وزن ماده خشك به دليل كاهش رشد گياهي، بسته شدن روزنهها و متعاقب آن كاهش فتوسنتز و پيري و ريزش برگهاست(9). نتايج حاصل از تجزيه واريانس مشاهدات نشان داد كه نسبت وزن خشك بخش هوايي به ريشه تحت تاثير تنش خشكي کاهش پیدا کرده است(شکل12 . (نتايج حاصل از بررسي انتقال مواد فتوسنتزي در يونجه حاكي از آن است كه اختصاص كربوهيدراتها به ريشه و برگها نسبت به ساقه اولويت دارد و به همين دليل وزن ماده خشك ساقه به نسبت بيشتري كاهش مييابد.
شکل 10: میانگین وزن خشک بخش هوایی در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل 11: میانگین وزن خشک ریشه در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل 12: میانگین نسبت وزن خشک بخش هوایی به ریشه در سطوح مختلف تنش خشکی
برگها و ريشهها به ترتیب از نظر فتوسنتز و جذب آب اهميت بيشتري براي گياه دارند و نسبت به ساقه بيشتر محافظت ميشوند(27و9). بورسلام و همکاران (۱۹۹۶) گزارش كردند كه افزايش بيوماس ريشههاي جانبي در محيط خشك باعث افزايش سطح ريشه به منظور جذب بيشتر آب ميشود و بدين طريق گياهان را در برابر خشكي مقاوم ميسازد، به خصوص زماني كه اين افزايش در حجم ريشه با كاهش سطح برگ همراه باشد(12). نتايج مشاهدات مربوط به سطح برگ نشان داد كه با افزايش تنش خشكي، سطح برگ به صورت معنيداري كاهش می یابد )شکل13 . (کابوسلی و همكاران (2002)گزارش نمودند كاهش سطح برگ در گياه برنج، راهبردي براي بهبود تحمل به خشكي است(13). خورانا و سینگ (2000)نشان دادند كه ارتباط مثبتي ميان سطح برگ و سرعت رشد نسبي وجود دارد، بطوريكه با كاهش سطح برگ، سرعت رشد نسبي نيز كاهش مييابد. اين محققان گزارش كردند كه كاهش سطح برگ در اثر افزايش تنش خشكي، نشاندهنده توانايي يك گونه براي مقاومت و سازش در برابر خشكي است(24).كاهش سطح برگ، به معناي كاهش اتلاف آب و تعرق است. احتمالاً كاهش سطح برگ به دليل كاهش محتواي آب نسبي برگ و متعاقب آن كوچك شدن اندازه سلول ها، كاهش تقسيم سلولهاي مريستمي و در نتيجه كند شدن رشد برگ، توقف توليد برگ ، تسريع پيري و متعاقب آن ريزش برگها میباشد(20).
شکل 13: میانگین سطح برگ در سطوح مختلف تنش خشکی
نتايج حاصل از تجزيه واريانس دادههاي آزمايشي نشان داد كه تنش خشكي تاثير معنيداري بر ميزان پرولين بخش هوايي و ريشه دارد. مقايسه ميانگين سطوح مختلف تنش خشكي نشان داد كه با كاهش پتانسيل آب، پرولين بخش هوايي و ريشه افزايش می یلبد) شکل14 و15 ). افزايش ميزان پرولين در ساير بررسيها نيز گزارش شده است (23). سلاما و همكاران (2005) اظهار داشتند كه ميزان پرولين گياه علف فرشيان(Sesuvium portulacastrum) تحت تاثير تنش خشكي نسبت به شاهد سه برابر افزايش يافت . علت اين موضوع تحريك فعاليت آنزيم بيوسنتزي پرولين (اورنيتين امگا آمينوترانسفراز) و مهار آنزيم كاتابوليكي) پرولين دهيدروژناز( پيشنهاد شده است(35). ورسلوس و همكاران(1998) دريافتند كه تنش خشكي سبب افزايش نسخهبرداري mRNA و ژن كدكننده آنزيمهاي مسير بيوسنتز پرولين) P5C5) و (P5CR) ودر نهايت افزايش ميزان پرولين ميشود(40). بررسيها مويد اين است كه سه عامل مهم شامل 1- تحريك سنتز2- مهار تجزيه و 3- جلوگيري از ورود پرولين به درون پروتئينها درتجمع پرولين در شرايط تنش خشكي مطرح می باشد(6).
شکل 14: میانگین پرولین بخش هوایی در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل 15: میانگین پرولین ریشه در سطوح مختلف تنش خشکی
تفاوتهاي معنيداري ميان سطوح مختلف تنش خشكي از نظر نسبت پرولين بخش هوايي به ريشه، وجود داشت)شکل16. (
شکل 16: میانگین نسبت پرولین بخش هوایی به ریشه در سطوح مختلف تنش خشکی
نتايج حاصل از تجزيه واريانس مشاهدات نشان داد كه مقدار قندهاي محلول موجود در بخش هوايي و ريشه تحت تاثير تنش خشكي قرار گرفتند. بطور كلي با افزايش تنش خشكي، قندهاي محلول بخش هوايي و ريشه افزايش يافت)شکل 17 و18(.محققان علت افزايش قندهاي محلول را در گياهان مواجه با تنش خشكي به اين صورت عنوان كرده اند،1- افزايش تجزيه كربوهيدراتهاي نامحلول و در نتيجه بالا رفتن سطوح قندهاي محلول 2- سنتز مواد اسمتيك از مسيرهاي غير فتوسنتزي3- توقف رشد 4- كاهش سرعت انتقال مواد و 5- افزايش سنتز ساكارز به دليل فعالسازي آنزيم ساكارز فسفات سنتاز(31و6،29).
شکل 17: میانگین قندهای محلول بخش هوایی در سطوح مختلف تنش خشکی
شکل 18: میانگین قندهای محلول در ریشه در سطوح مختلف تنش خشکی
منابع
|
1. محمدی، ش. ۱۳۹۴. بررسی فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی تنش خشکی در گیاه زنیان در دوره زایشی.دومین همایش ملی تازه های سلولی و مولکولی، شهر جدید پرند، دانشگاه آزاد اسلامی واحد پرند. 2. میرزایی، س.، رحیمی، ا.، دشتی، ح. و سیادت ، س.ع.۱۳۸۹. اثراصلاحی کلسیم و پتاسیم برخصوصیات مورفولوژیک گیاه دارویی زنیان تحت تنش شوری.یازدهمین کنگره علوم زراعت و اصلاح نباتات، تهران، دانشگاه شهید بهشتی. 3. میرزایی، س .، رحیمی ، ا.، دشتی، ح. و مداح‌حسینی، ش. 1392.اثر اصلاحی کلسیم و پتاسیم بر محتوای پرولین، کلروفیل، پروتئین و رشد گیاه دارویی زنیان (Carum copticum L) تحت تنش شوری. دوره 29، شماره 2 - شماره پیاپی 60، صفحه 260-247. 4. نجفی، ش .، شفقت، م . و رضوی‌زاده ، ر.1393. اثر تنش کمبود آب بر شاخص‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاه زنیان (Carum copticum). زیست شناسی گیاهی ایران . دوره 6، شماره 22، صفحه 38-25.
|
5. Alizade, A. 1381. Soil and plant water relations. Publication of Imam Reza (AS).
6. Arndt, S.K.K., Clifford, S.C., Wanek, W ., Jones, H.G. and Popp, M. 2001. Physiological and morphological adaptations of the fruit tree Ziziphus rotundifolia in response to Progressive drought stress. Tree Physiology. 21: 705-715.
7. Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, L.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil. 39: 205-208.
8. Bartels, D. and Sunkar, R. 2005. Drought and salt tolerance in Plants. Critical Reviews in Plant Sciences. 24: 23-58.
9. Bhatt, R.M. and Srinivasa Rao, N.K. 2005. In fluence of pod load on response of okra to water stress. Indian. J. Plant Physiol. 10: 54–59.
10. Blum , A. 1996. Crop responses to drought and the interpretation of adaptation. Plant Growth Regul. 20: 135- 148.
11. Boydak, M., Dirik, H., Tilki, F. and Calikoglu, M. 2003. Effects of water stress on germination in six provenances of Pinus brutia seeds from different bioclimatic zones in Turkey. Turk, J. Agric. 27: 91-97.
12. Burslem, D.F.R.P., Grubb, P.J. and Turner, I.M. 1996. Responses to simulated drought and elevated nutrient supply among shade-tolerant tree seedlings of low land tropical forest in Singapore. Biotropica. 28: 636-648.
13. Cabuslay. G.S., Ito. O. and Alejar, A.A. 2002. Physiological evaluation of responses of rice (Oryza sativa L.) to coater deficit. Plant Science. 163: 815-827.
14. De, F. and Kar, R.K. 1994. Seed germination and seedling growth of mung bean (Vigna radiate) under water stress induced by PEG-6000. Seed Science and Technology. 23: 301-304.
15. Dodd, G.L. and Donovan, L.A. 1999. Water potential and ionic effects on germination and seedling growth of two cold desert shrubs. Am. J. Bot. 86: 1146-1153 .
16. Dubious, M.K., Gilles, A., Hamilton, J.K., Roberts, P.A. and Smith, F. 1956. Colorimetrik method for determination if sugars and related. Annual Chemistry. 28: 350-356.
17. Haedari sharifabad, H.1379. Plant, dryness and drought. First Edition. Publications and Rangelands Research Institute.
18. Heuer, B. 1999. Osmoregulatory role of proline in plants exposed to environmental stresses. In: Pessarakli, M. (Ed.), Handbook of Plant and Crop Stress. Marcel Dekker. New York. p. 675–695.
19. http://en.wikipedia.org/wiki/Ajwain.
20. Ibrahim, L. 1995. Effects of nitrogen supply, water stress and interaction between water and nitrogen on assimilate partitioning in poplar. Ph.D Thesis. University of Aberdeen. UK.
21. Kashefi, B., Minuyiemoghadam, J. and Davazdah-Emami, S.2016. Investigation effect of salicylic acid on morpho- physiologic traits improve in three masses of C. copticum plant in Damghan Area. jppf. 5 (17) :235-243.
22. Kaya, M.D., Okcu, G., Atak, M., Cıkılı, Y. and Kolsarıcı, O. 2006. Seed treatments to overcome salt and drought stress during germination in sunflower (Helianthus annuus L.). Eur. J. Agron. 24: 291-295.
23. Khalesrou, S.H. and Aghalikhani, M.2007. Effect of salinity and water stress on seed germination of sorghum and pearl millet. Research and reconstruction 153-163: 77.
24. Khurana, E. and Singh, J.S. 2000. Influence of seed size on seedling growth of Albizia procera under different soil water levels. Annals of Botany. 86: 1185-1192.
25. Macar, T.K., Turan, O. and Ekmekci, Y. 2009. Effects of water deficit induced by PEG and NaCl on chickpea(Cicer arietinum L.) cultivars and lines at early seedling stages. G.U. Journal of Science. 22: 5-14.
26. Michel, B.F. and Kaufmann, M.R. 1973. The osmotic potential of polyethylene glycol 6000. Plant Physiology. 57: 914-916.
27. Mir-hosseni-Dehabadi, S.R. 1994. The effect of water relation carbon isotope discrimination and shoot and root growth of sainfoin (Onobrychis visifolia Scope) and Lucerne (Medicago sativa L.). Ph.D. Thesis. Massey Universitiy. Newzealand. pp. 364.
28. Mrjani, A., Farsi, M. and Rahimizade, M.1385. Evaluation of drought tolerance of chickpea genotypes during germination using PEG 6000 . Agricultural Science. 12: 17-29
29. Nilsen, E.T. and Orcutt, D.M. 1996. Physiology of plants under stress: abiotic factors. John Wiley and Sons. New York. 689 p.
30. Nouri, A. 1379. To study the response of chickpea genotypes (Cicer arietinum) to drought stress induced by polyethylene glycol 6000 in germination and seedling stage. Master's dissertation. Faculty of Ferdowsi University of Mashhad.
31. Oliviera-Neto, C.F., Silva-Lobato, A.K., Goncalves-Vidigal, M.C., Costa, R.C.L., Santos Filho, B.G., Alves, G.A.R., Silva-Maia, W.J.M., Cruz, F.J.R., Neres, H.K.B. and Santos Lopes, M.J. 2009. Carbon compounds and chlorophyll contents in sorghum submitted to water deficit during three growth stages. Science and Technology. 7: 588-593.
32. Pagter, M., Bragato, C. and Brix, H. 2005. Tolerance and physiological responses of Phragmites australis to water deficit. Aquatic Botany. 81: 285-299.
33. Rane, J., Maheshwari, M. and Nagarajan, S. 2001. Effect of pre-anthesis water stress on growth, photosynthesis and yield of six wheat cultivars differing in drought tolerance. Indian J. Plant Physiol. 6: 53–60.
34. Rzazade, Z. and Kouchaki, A.2005. A study of seed germination weed, fennel and dill to osmotic and matric potentials of NaCl and PEG 6000 at different temperatures. Journal of agricultural researches.3: 207 - 217
35. Slama, I., Messedi, D., Ghanaya, T., Savoure, A. and Abdelly, C. 2005. Effects of water deficit on growth and proline metabolism in Sesuvium portulacastrum. Environmental and Experimental Botany. 56: 231-238.
36. Siddique, M. R. B., Hamid, A. and Islam, M. S. 1999. Drought stress effects on photosynthetic rate and leaf gas exchange of wheat. Bot. Bull. Acad. Sin. 40:141-145.
37. Soltani, A. and Galeshi, S. 2002. Importance of rapid canopy closure for wheat production in a temperate subhumid environment: experimentation and simulation. Field Crops Res. 77: 17–30.
38. Takel, A. 2000. Seedling emergence and growth of sorghum genotypes under variable soil moisture deficit. Agronomy Journal. 48: 95-102.
39. Tobe, K., Zhang, L., Qiu, G.Y. and Shimizu, H. 2001. Characteristics of seed germination in five non-halophytic Chinese desert shrub species. Journal of Arid Environments. 47: 191-201.
40. Verslues, P.E., Ober, E.S. and Sharp, R.E. 1998. Root growth and oxygen relations at low water potentials, Impact of oxygen availability in polyethylene glycol solutions. Plant Physiol. 116: 1403-1412.
41. Zaenali. A. and Soltani, A.1379. Effects of water stress on wheat seedling growth of heterotrophic. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources. 7: 113-123.
42. Zeng, Y.J., Wang, Y.R. and Zhang, J.M. 2010. Is reduced seed germination due to water limitation a special survival strategy used by xerophytes in arid dunes. Journal of Arid Environments.74: 508-511.
The effects of drought stress on seed germination and some of morphological and physiological traits in Trachyspermum ammi
Abstract:
In order to assess the response of ajowan to drought stress that induced by PEG 6000 on germination and growth stages, two separate experiments that in each useed completely randomized design with three replications were done. In first experiment, the response of germination of ajowan seeds was investigated to different levels of drought stress include osmotic potential of zero (control), - 1/5, -2, -2/5 and -3bar that prepared by PEG6000. The second experiment was same first, but in this experiment, morphological and physiological characters of ajowan in different level of drought stress were evaluated. Results of Anova at our data showed that drought stress has significant effect (p≤0/01) on germination characters such as germination percentage, germination rate, height of plumule, length of radicle, dry weight of radicle and plumule. Mean comparison of treatments showed, with increase in drought stress, all the above characters have been reduced. Morphological traits such as leaf area, fresh and dry weight of shoot and root and shoot dry weight ratio to root decreased under drought stress. Also, drought stress had a significant effect on the amount of proline and soluble sugars in the aerial part and root. Comparison of mean of treatments showed that, with increasing stress, the amount of proline and soluble sugars in the shoot and root increased (p≤0/01). The results showed, that germination parameters were reduced by drought stress. Ajowan showed differently responce to tolerate drought stress. Ajowan plant for tolerance to drought stress has different reactions, including reduction of traits such as leaf area and dry and fresh weight of aerial part and root and increase traits such as proline content and soluble sugars.
Key words: Polyethylene glycol, Morphological and physiological characteristics, Proline, Soluble sugar
[1] - Scavengering
[2] - Glutamatc_dependent pathway
[3] - Omithine_dependent pathway
