Evaluation of growth, physiological and biochemichal responses of Alnus subcordata endemic seedling to drought stress

Subject Areas : Tension

Mokaram Ravanbakhsh ¹ , Babak Babakhani ² , Mahmood Ghasemnezhad ³

1 - Environmental Research Institute, Academic Center for Education, Cultural Research (ACECR), Guilan, Rasht, Iran; Department of Biology, Tonekabon Branch, Islamic Azad University, Tonekabon, Iran.
2 - Department of Biology, Tonekabon Branch, Islamic Azad University, Tonekabon, Iran
3 - Department of Horticultural Sciences, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.

Received: 2022-10-30 Accepted : 2023-01-20 Published : 2023-12-22

Keywords: Antioxidant enzyme, Hyrcanian, Specific leaf area, Water deficit, Wood species ,

Abstract :

This study investigates the effect of drought stress on the morphological, physiological and biochemical parameters of Alnus subcordata C. A. Mey., an endemic wood species to Hyrcanian forests. The experimental design was completely randomized on one-year seedlings and four levels of drought stress (25% (severe stress), 50% (moderate stress), 75% (mild stress) and 100% (no stress) of crop capacity. The results showed that drought reduced the growth and biomass of seedlings. The decrease in severe stress treatment compared to the control in seedling height, basal diameter, total biomass, leaf area and specific leaf area were 41.8, 40, 72.4, 91.9 and 49.6% respectively. The root to shoot ratio showed an increase of 53.3%. With the increase of stress, total chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b decreased by 50% and carotenoid decreased by 38.4%. The relative water content of the seedlings decreased by 33.50 and 24.9% in severe and moderate stress compared to the control treatment. The percentage increase of proline and malondealdehyde in the stress treatment compared to the control treatment was 169.8% and 142.7%, respectively. The activity of superoxide dismutase increased by 25% and 36% and peroxidase by 140% and 148% respectively in the mild and moderate stress treatment. The result showed that Caucasian alder seedling (a rather drought-sensitive species) could coped with drought in mild and moderate treatment by tolerance mechanisms such as reducing growth and biomass, increasing of the root to shoot ratio, reducing photosynthetic pigments and relative increasing in enzyme activities.

References:

Ahani, H., Jalilvand, H., Vaezi, J. and Sadati, S. E. (2018). Drought stress on Elaeagnus rhamnoides (L.) A. Nelson seedlings morphology. Journal of Plant Ecosystem Conservation, 5(2):191 – 204 (In Persian with English summary).
Akhani, H., Djamali, M., Ghorbanalizadeh, A. and Ramezani, E. (2010). Plant biodiversity of Hyrcanian relict forests, N Iran: an overview of the flora, vegetation, palaeoecology and conservation. Pakistan Journal of Botany, 42(1): 231-258.
Asgharpour E., Azadfar, D. and Saeedi, Z. (2017). Evaluation of Acer cappadocicum Gled seedlings to drought stress. Journal of Plant Research, 30(1): 1-11(In Persian with English summary).
Barshan, M., Tabari Kouchaksaraei, M., Sadati, S.E. and Shahhoseini, R. (2016). Growth and Survival of Willow Seedling (Salix alba L.) Under Water Deficit Stress. Journal of Forest and wood product, 69(2):249-257(In Persian with English summary).
Bates, L.S., Waldran R.P. and Teare, I.D. (1973). Rapid determination of free proline for water studies. Plant and Soil, 39: 205–208.
Bhusal, N., Lee, M., Han, A.R., Han, A. and .Kim, H.S. (2020). Responses to drought stress in Prunus sargentii and Larix kaempferi seedlings using morphological and physiological parameters. Forest Ecology and Management, 465:118099.
Boor, Z., Parad, G. A., Hosseini, S. M. and Ghanbary, E. (2021). Morphological, physiological, and enzymatic responses of Caucasian alder (Alnus subcordata C. A. Mey) seedlings to water deficit conditions by inoculation of Rhizophagus irregularis. Journal of Iranian Plant Ecophysiological Research, 16(61):80-93(In Persian with English summary).
Chakhchar, A., Wahbi, S., Lamaoui, M., Ferradous, A., El Mousadik, A., Ibnsouda-Koraichi, S., Filali-Maltouf, A. and El Modafar, C. (2015). Physiological and biochemical traits of drought tolerance in Argania spinosa. Journal of plant interactions, 10(1): 252-261.
Deligoz, A. and Bayar E. (2018). Drought stress responses of seedlings of two oak species (Quercus cerris and Quercus robur). Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 42:114-123.
Díaz-López, L., Gimeno, V., Simón, I., Martínez, V., Rodríguez-Ortega, W. M. and García-Sánchez, F. (2012). Jatropha curcas seedlings show a water conservation strategy under drought conditions based on decreasing leaf growth and stomatal conductance. Agricultural water management, 105:48-56.
Du, N, Guo, W., Zhang, X. and Wang, R. (2010). Morphological and physiological responses of Vitex negundo L. var. heterophylla (Franch.) Rehd. to drought stress. Acta physiologiae plantarum, 32:839-848.
Fang, J., Wu, F., Yang, W., Zhang, J. and Cai, H. (2012). Effects of drought on the growth and resource use efficiency of two endemic species in an arid ecotone. Acta Ecologica Sinica, 32(4):195-201.
Ge, Y, He, X, Wang, J, Jiang, B, Ye, R and Lin, X. (2014). Physiological and biochemical responses of Phoebe bournei seedlings to water stress and recovery. Acta Physiologiae Plantarum, 36:1241-1250.
Geng, D.L., Lu, L.Y., Yan, M.J., Shen, X.X., Jiang, L.J., Li, H.Y., Wang, L.P., Yan, Y., Xu, J.D., Li, C.Y. and Yu, J.T. (2019). Physiological and transcriptomic analyses of roots from Malus sieversii under drought stress. Journal of Integrative Agriculture, 18(6):1280-1294.
Ghaffari, H., Tadayon, M.R., Nadeem, M., Cheema, M. and Razmjoo, J. (2019). Proline-mediated changes in antioxidant enzymatic activities and the physiology of sugar beet under drought stress. Acta physiologiae plantarum, 41: 22-35.
Giannopolitis, C.N. and Ries, S.K. (1977). Superoxide dismutases: II. Purification and quantitative relationship with water-soluble protein in seedlings. Plant physiology. 59, 315-8.
Guo, X., Guo, W., Luo, Y., Ta, N. X, Du, N. and Wang, R. (2013). Morphological and biomass characteristic acclimation of trident maple (Acer buergerianum Miq.) in response to light and water stress. Acta Physiologiae Plantarum, 35: 1149-1159.
Guo, X., Luo, Y.J., Xu, Z.W., Li, M.Y. and Guo, W.H. (2019). Response strategies of Acer davidii to varying light regimes under different water conditions. Flora, 257:151423.
Heidari, M., Attar Roshan, S. and Abdolahzade S. (2010). Determining the suitable irrigation period of Acer monspessulanum sapling in Dareh-Shahr nursery- Ilam. Journal of Renewable Natural Resources Research, 1(2):59-71.
Hosseini Nasr, S.M., Sagheb-Talebi, K. and Hojjati, S. M. (2013). Effect of drought stress induced by altitude, on four wild almond species, Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 21(2):373- 86.
Hu, H, Chen, H, Hu, T. and Zhang, J. (2012). Adaptability comparison between the seedlings of Eucalyptus grandis and Alnus cremastogyne under the condition of continuous drought stress. Journal of Agricultural Science, 4: 75-86.
Jahanbazy Goujani H., Hosseini Nasr S. M., Sagheb-Talebi K. and Hojjati S.M. (2013). Effect of drought stress induced by altitude, on four wild almond species, Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 21(2):373-386(In Persian with English summary).
Kunz, J, Räder, A. and Bauhus, J. (2016). Effects of drought and rewetting on growth and gas exchange of minor European broadleaved tree species. Forests, 7: 239.
Lei, Y., Yin, C. and Li, C. (2006). Differences in some morphological, physiological, and biochemical responses to drought stress in two contrasting populations of Populus przewalskii. Physiologia Plantarum, 127:182-191.
Li, K.R., Wang, HH, Han G, Wang, Q.J. and Fan J. (2008). Effects of brassinolide on the survival, growth and drought resistance of Robinia pseudoacacia seedlings under water-stress. New Forests, 35: 255-266.
Lichtenthaler, HK. (1987). Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology. 148:350–382.
Liu, B., Liang, J., Tang, G., Wang, X., Liu, F. and Zhao, D. (2019). Drought stress affects on growth, water use efficiency, gas exchange and chlorophyll fluorescence of Juglans rootstocks. Scientia Horticulturae, 250:230-235.
Mozaffarian, V. (2004). Trees and shrubs of Iran. Farhang- e Moaser Publications, Tehran, 1003 pp.
Norouzi haroni N. and Tabari koochksaraee M. (2015). Morpho-Physiological Responses of Black Locust (Robinia pseudoacacia L.) Seedlings to Drought Stress, Journal of forest and wood products, 68(3);715-727(In Persian with English summary).
Plewa, M.J., Smith, S.R. and Wagner, E.D. (1991). Diethyldithiocarbamate suppresses the plant activation of aromatic amines into mutagens by inhibiting tobacco cell peroxidase. Mutation research/fundamental and molecular mechanisms of mutagenesis, 247(1):57-64.
Rahimi, D., Kartoolinejad, D., Nourmohammadi, K. and Naghdi, R. (2017). The effect of carbon nanotubes on drought tolerance of Caucasian alder (Alnus subcordata CA Mey) seeds in germination stage. Iranian Journal of Seed Science and Technology, 6(2):17-28.
Saxton, K.E., Rawls, W.J., Romberger, J.S. and Papendick, R.I. (1986). Estimating generalized soil-water characteristics from texture, Soil Science Society of America Journal, 50:1031-1036.
Silva, E.C.D., Silva, M.F., Nogueira, R.J. and Albuquerque, M.B. (2010). Growth evaluation and water relations of Erythrina velutina seedlings in response to drought stress. Brazilian Journal of Plant Physiology, 22:225-233.
Tariq, A., Pan, K., Olatunji, O.A., Graciano, C., Li, Z., Sun, F., Zhang, L., Wu, X., Chen, W., Song, D. and Huang, D. (2018). Phosphorous fertilization alleviates drought effects on Alnus cremastogyne by regulating its antioxidant and osmotic potential. Scientific Reports, 8:1-11.
Toscano, S., Farieri, E., Ferrante, A. and Romano, D. (2016). Physiological and Biochemical Responses in Two Ornamental Shrubs to Drought Stress. Frontiers in Plant Science,7:645.
Wang, R., Gao, M., Ji, S., Wang, S., Meng, Y. and Zhou, Z. (2016). Carbon allocation, osmotic adjustment, antioxidant capacity and growth in cotton under long-term soil drought during flowering and boll-forming period. Plant Physiology and Biochemistry, 107:137-146.
Wu, F., Bao, W., Li F. and Wu, N. (2008). Effects of drought stress and N supply on the growth, biomass partitioning and water-use efficiency of Sophora davidii seedlings. Environmental and experimental botany, 63:248-255.
Wu, M., Zhang, W.H., Ma, C. and Zhou, J.Y. (2013). Changes in morphological, physiological and biochemical responses to different levels of drought stress in Chinese cork oak (Quercus variabilis Bl.) seedlings. Russian journal of plant physiology, 60:681-692.
Yang, F. and Miao, L. F. (2010). Adaptive responses to progressive drought stress in two poplar species originating from different altitudes. Silva Fennica, 44(1):23-37.
Zarafshar, M., Akbarinia, M., Hosseini, S.M. and Rahaie, M. (2016). Drought resistance of wild pear (Pyrus Boisseriana Buhse.). Journal of forest and wood products, 69(1):97-110 (In Persian with English summary).

Full-Text:



 

 

 

Evaluation of growth, physiological and biochemichal responses of
Alnus subcordata endemic seedling to drought stress

 

Mokarram Ravanbakhsh1*, Babak Babakhani2, Mahmood Ghasemnezhad3

1 Environmental Research Institute, Academic Center for Education, Cultural Research (ACECR), Guilan, Rasht, Iran; Department of Biology, Tonekabon Branch, Islamic Azad University, Tonekabon, Iran, Email: [e-mail],

2 Department of Biology, Tonekabon Branch, Islamic Azad University, Tonekabon, Iran, Email: [e-mail]

3 Department of Horticultural Sciences, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran,

  Email: [e-mail]

 

Article type:		Abstract
Research article         Article history Received: 30.10.2022 Revised: 18.01.2023 Accepted: 20.01.2023 Published:22.12.2023         Keywords Antioxidant enzyme Hyrcanian Zpecific leaf area Water deficit Wood species		This study investigates the effect of drought stress on the morphological, physiological and biochemical parameters of Alnus subcordata C. A. Mey., an endemic wood species to Hyrcanian forests. The experimental design was completely randomized on one-year seedlings and four levels of drought stress (25% (severe stress), 50% (moderate stress), 75% (mild stress) and 100% (no stress) of crop capacity. The results showed that drought reduced the growth and biomass of seedlings. The decrease in severe stress treatment compared to the control in seedling height, basal diameter, total biomass, leaf area and specific leaf area were 41.8, 40, 72.4, 91.9 and 49.6% respectively. The root to shoot ratio showed an increase of 53.3%. With the increase of stress, total chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b decreased by 50% and carotenoid decreased by 38.4%. The relative water content of the seedlings decreased by 33.50 and 24.9% in severe and moderate stress compared to the control treatment. The percentage increase of proline and malondealdehyde in the stress treatment compared to the control treatment was 169.8% and 142.7%, respectively. The activity of superoxide dismutase increased by 25% and 36% and peroxidase by 140% and 148% respectively in the mild and moderate stress treatment. The result showed that Caucasian alder seedling (a rather drought-sensitive species) could coped with drought in mild and moderate treatment by tolerance mechanisms such as reducing growth and biomass, increasing of the root to shoot ratio, reducing photosynthetic pigments and relative increasing in enzyme activities.
Cite this article as: Ravanbakhsh, M., Babakhani, B., Ghasemnezhad, M. (2023). Evaluation of growth, physiological and biochemichal responses of Alnus subcordata endemic seedling to drought stress. Journal of Plant Environmental Physiology, 18(4): 65-76.
	©The author(s) Publisher: Islamic Azad University, Gorgan branch Doi:https://doi.org/10.71890/iper.2023.1105559

 

 

 

 

 

 

 

 

ارزیابی رشد و پاسخ­های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گونه انحصاری توسکا‌ییلاقی
 (Alnus subcordata C. A. Mey.) به تنش خشکی 

 

مکرم روان بخش1*، بابک باباخانی2، محمود قاسم­نژاد3

1 گروه پژوهشی محیط­زیست طبیعی، پژوهشکده محیط زیست جهاد دانشگاهی، رشت، ایران؛ گروه زیست­شناسی، دانشکده علوم زیستی، واحد تنکابن، دانشگاه آزاد اسلامی، تنکابن، ایران، رایانامه: [e-mail]

2 گروه زیست­شناسی، دانشکده علوم زیستی، واحد تنکابن، دانشگاه آزاد اسلامی، تنکابن، ایران، رایانامه: [e-mail]

3 گروه باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران، رایانامه: [e-mail]

 

نوع مقاله: مقاله پژوهشی         تاریخ دریافت: 08/08/1401 تاریخ بازنگری: 28/10/1401 تاریخ پذیرش: 30/10/1401 تــاریخ چاپ: 01/10/1402       واژه‌های کلیدی: سطح ویژه برگ فعالیت آنتی‌اکسیدانی کم آبی گونه چوبی هیرکانی		چکيده
در این تحقیق اثر تنش خشکی بر پارامترهای ریخت­شناسی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گونه توسکا‌ییلاقی(Alnus subcordata C. A. Mey.) از گونه‌های چوبی  انحصاری هیرکانی ارزیابی شده است. آزمایش در قالب طرح کاملاٌ تصادفی بر روی نهال­های یکساله و چهار سطح تنش خشکی (25% (تنش شدید)، 50% (تنش متوسط)، 75% (تنش خفیف) و 100% (بدون تنش) ظرفیت زراعی) در شرایط گلخانه انجام شد. نتایج نشان داد که خشکی میزان رشد و زی‌توده نهال­ها را کاهش داد. میزان افت در تیمار تنش شدید نسبت به شاهد در مشخصه­های ارتفاع، قطر یقه، زی‌توده­کل، سطح­ برگ و شاخص سطح­ویژه برگ نهال­ها به‌ترتیب 8/41، 40، 4/72 ،9/91 و 6/49 درصد بود و نسبت ریشه به اندام هوایی 3/53 درصد افزایش را نشان داد. با افزایش شدت تنش میزان کلروفیل­کل، کلروفیلa، کلروفیل­b، کاهش تقریبی 50 درصدی و میزان کارتنوئیدها کاهش 4/38 درصدی را نشان داد. محتوای نسبی آب نهال­ها، افت50/33 و 9/24 درصد در تنش شدید و متوسط نسبت به شاهد داشتند. میزان درصد افزایش پرولین و مالون­دی­آلدئید در تیمار تنش نسبت به شاهد به ترتیب 8/169، 7/142 درصد بود. در تیمار تنش خفیف و متوسط میزان افزایش فعالیت آنزيم سوپر­اکسید­دیسموتاز به‌ترتیب 25و36 درصد و پراکسیداز 140 و 148 درصد مشاهده شد. داده‌های این تحقیق نشان می­دهد که نهال‌های توسکا‌ییلاقی (گونه­ای تا حدودی حساس به خشکی) توانسته­اند در سطح تیمار تنش خفیف و متوسط به کمک مکانیسم‌های تحمل به خشکی مانند کاهش رشد و زی‌توده، افزایش نسبت ریشه به اندام هوایی و افزایش نسبی فعالیت­های آنزیمی با تنش مقابله کنند.
استناد: روان بخش، مکرم؛ باباخانی، بابک؛ قاسم‌نژاد، محمود. (1402). ارزیابی رشد و پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گونه انحصاری توسکا‌ییلاقی (Alnus subcordata C. A. Mey.) به تنش خشکی ارزیابی رشد و پاسخ‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی توسکا ییلاقی به تنش خشکی. فیزیولوژی محیطی گیاهی، ۱۸ (۴)، ۷۶-۶۵.
	ناشر: دانشگاه آزاد اسلامی، واحد گرگان © نویسندگان.		Doi: https://doi.org/10.71890/iper.2023.1105559

 

مقدمه

        تغییرات جهانی آب­و­هوا ناشی از انتشار گازهای گلخانه­ای، فراوانی، دوره و شدت خشکی را افزایش داده و در نتیجه موقعیت و ساختار جنگل­ها را تغییر داده است (Guo et al., 2019). نابودی گونه­های درختی در نتیجه شرایط زیست­محیطی نامساعد روزافزون می­تواند منجر به تغییرات ساختار و ترکیب توده­ها گردد و در بلند­مدت اثرات اقتصادی منفی بر تنوع­زیستی داشته باشد (Kunz et al., 2016). تنش­ خشکی عامل اصلي كاهش­دهنده زنده­مانی نونهال­ها در مرحله استقرار جنگل­كاري است (Jahanbazy Goujani et al., 2013).

        تنش خشکی درگیاه در نتیجه محدودیت آب قابل­ دسترس یا افزایش سرعت تعرق بروز می­کند. گیاهان به منظور مقابله با تنش  خشکی تغییراتی در  صفات ریخت­شناسی، فیزیولوژی و بیوشیمایی ایجاد می‌کنند (Asgharpour et al., 2017). طی تنش خشکی، انتقـال مواد از بـرگ بـه قسـمت­هـای پایینـی گیـاه از جملـه ریشـه و سـاقه موجب افزایــش ریشــه و کاهش نســبت اندام هوایی بــه ریشــه، افزايش رشد، طول و نفوذ ريشه همچنین کاهش سطح و تعداد برگ در نهایت کاهش فتوسنتز و کاهش زی‌توده اندام­های هوایی می­گردد (Du et al., 2010, Silva et al., 2010). تنظیم­کننده­های اسمزی از مهم­ترین مکانیسم­های حفظ فشار تورژسانس در پاسخ به خشکی به شمار می­روند. قندهای محلول و پرولین، غشاها را پایدار نموده و در پتانسیل­های کم آب برگ، ساختار پروتئین­ها را حفظ می­کنند 
(Wu et al., 2013). به­­موازات کاهش محتوي نسبی آب برگ در نتیجه تنش خشکی، نفوذپذیري غشاي سلولی افزایش ‌یافته و محتویات داخل سلول نشت می­کند. در نتیجه آزادسازی یون­ها به فضاي بین­سلولی و عدم توازن غشا و تولید رادیکال­های آزاد در نهایت پراکسیداسیون اسیدهاي چرب غشاي سلولی اتفاق افتاده و مالون­دی­آلدئید تولید و تجعع می­یابد. آنزيم سوپر­اكسيد ديسموتاز اولين خط دفاعي را بر عليه راديكال­هاي فعال اكسيژن در سلول تشكيل مي­دهند و احياي راديكال سوپر­اكسيد را به پراكسيد­هيدروژن و اكسيژن مولكولي كاتاليز مي­كنند. پراكسيدهيدروژن حاصل در مرحله بعدي بوسيله آنزيم­هاي آسكوربات پراكسيداز، كاتالاز و پراكسيداز پاكسازي مي­شود (Geng et al., 2019).

        در پژوهش­های معدودی پاسخ گونه­های چوبی و درختچه­ای جنگلی شمال کشور به تنش خشکی با سنجش پارامترهای ریخت­شناسی، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی بررسی شده است.  Barshanو همکاران (2016) رويش و زنده­مانی نهال بيد سفيد 
(Salix alba) تحت تنش ­آبی را در تیمارهای دور آبیاری 2 تا 12 روزه بررسی و دوره 6-8 روز آبیاری را برای پرورش نهال، مناسب ارزیابی نمودند. Zarafshar و همکاران (2016) به منظور سنجش میزان مقاومت به خشکی نهال‌هاي شش ماهه گلابی جنگلی (Pyrus boisseriana براي اعمال تنش خشکي از روش قطع آبياري تا زمان مشاهدۀ علائم پژمردگي برگ مدت 18 روز استفاده کرده و تغییر پارامترهای تبادلات گازي، زی‌توده، پتانسیل آبی و محتوی رطوبت­ نسبی برگ، نشت الکترولیت و محتوی رنگیزه‌های کلروفیلی را ارزیابی نمودند. آستانه پاسخ به تنش خشکی نهال­های سه­ماهه افرا­ شيردار (Acer cappadocicum) با بررسی ویژگی­های رویشی، ریخت­شناسی برگ و فیزیولوژیک تعیین شد (Asgharpour et al., 2017)Boor و همکاران (2021) افزایش مقاومت نهال­های توسکا‌ییلاقی 
(Alnus subcordata) به تنش کم­آبی را در تلقیح با قارچ میکوریزی ریزوفاگوس ایریگولاریس (Rhizophagus irregularis) و با استفاده از صفات ریختی، فیزیولوژیکی و آنزیمی بررسی و نشان دادند که تلقیح با قارچ می­تواند با بهبود صفات فیزیولوژیکی و آنزیم­های آنتی­اکسیدانی، بردباری نهال­های توسکا‌ییلاقی را به کم­آبی افزایش دهد. Rahimi و همکاران (2017) اثر نانوپرايمینگ با استفاده از نانولوله­هاي کربني چند جداره بر تحمل به تنش خشكي بر بذرهای گونه توسكاي يیلاقی را بررسی و نشان دادند که تنش خشكي بر روي شاخص­هاي درصد جوانه­زني، سرعت جوانه­زني، وزن ­تر ريشه، وزن­ تر ساقه و نسبت وزن تر ريشه به ساقه موثر بوده و تیمار نانو­پرايمینگ موجب بهبود صفات جوانه­زني بذر درخت توسكا در شرايط تنش خشكي خواهد شد.

        آگاهي از ميزان آب مورد نياز گونه­هاي چوبي بنحوی كه به ویژگی­های ریخت­شناسی و فيزيولوژيك گیاه آسيبي نرسد، بسيار با اهمیت است. از این رو، شناخت گونه‌هاي بومي و نحوه عملکرد آنهـا تحت شرایط تنش خشکی نقـش بارزی در مـديريت منابع طبيعي داراست (Heidari et al., 2010). با توجه به فراوانی قابل توجه گونه توســكا­­ييلاقي در جنگل­های هیرکانی، اهمیت اقتصادی­ آن (احیا جنگل­های طبیعی و جنگل­كاري)، همچنین با توجه به اینکه گونه مورد مطالعه از گونه­های بومی جنگل­های شمال ایران و انحصاری ناحیه هیرکانی است (Mozaffarian, 2004; Akhani et al., 2010)، در این تحقیق اثر تنش خشکی در شرایط گلدانی و در مرحله نهال بر پارامترهای ریخت‌شناسی، فیزیولوژی و بیوشیمایی نهال­های یکساله توســكا­­ييلاقي بررسی شده است.

 

مواد و روش­ها

اجرای آزمايش و اعمال تیمار­ها: این تحقیق به صورت طرح کاملاً تصادفی با 9 تکرار و چهار سطح تنش خشکی بر روی نهال­های یکساله توسکا­ ییلاقی در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه گیلان انجام شد. برای تعیین میزان چهار سطح تنش خشکی (25% (تنش شدید)، 50% (تنش متوسط)، 75% (تنش شدید) و 100% درصد ظرفیت زراعی(بدون تنش یا شاهد)، ابتدا برخی پارامترهای خاک از جمله بافت، وزن مخصوص و رطوبت در آزمایشگاه خاک تعیین شد. با توجه به ظرفیت زراعی، نقطه پژمردگی و وزن نهال و گلدان و وزن خاک خشک و رطوبت خاک در نقاط یاد شده، وزن مرجع مشخص شد و آبیاری نهال­ها در هر چهار تیمار پس از توزین گلدان با وزن کردن گلدان‌ها در فواصل زمانی یک روز در میان  انجام گردید (Ahani et al., 2018 Saxton et al., 1986;).

اندازه­گیری پارامتر­های رشد و ریخت­شناسی: قطریقه با استفاده از کوليس و ارتفاع نهال­ها با استفاده از خط­کش اندازه­گیری گردید. برای تعیین زي­توده­ اندام­ها، سه نهال از هرتیمار از خاک خارج شده و پس از شست وشوي خاک اطراف ریشه، به سه قسمت ریشه، ساقه و برگ جدا شدند. قبل از قرار دادن در آون، وزن تر آنها اندازه گيری، سپس با قراردادن در آون (دماي 65 درجه سانتی‌گراد به مدت 48 ساعت) با ترازوي دیجيتالی توزین و زيتوده­هاي ریشه، ساقه و برگ تعيين شد. نسبت ريشه به اندام هوایی Root: Shoot Ratio (RSR)) بر اساس نسبت وزن خشک ريشه به اندام هوايی (مجموع وزن برگ و ساقه) محاسبه شد. برای اندازه گیری سطح برگ از هر تيمار سه پايه انتخاب و از هرپايه سه برگ به صورت تصادفی انتخاب و با استفاده از دستگاه سطح برگ سنج اندازه­گيری شد. از نسبت بين کل سطح برگ هر گياه و کل وزن خشک برگ در هر گياه، سطح ويژه برگ (Speciephic Leaf Area) تعیین گردید (Fang et al., 2012).

محتوای نسبی آب برگ: ابتدا نمونه­های برگ با آب مقطر شسته شده و با کاغذ صافی خشک شدند. ده دیسک برگی به قطر یک سانتی‌متر از هر برگ جدا و وزن آنها (وزن تر) یادداشت گردید. نمونه­ها به مدت 24ساعت در داخل لوله­ آزمایش حاوی آب مقطر در داخل یخچال در دمای 4 درجه سانتی‌گراد قرار گرفته سپس با کاغذ صافی خشک و با ترازوی دیجیتالی با دقت ده هزارم وزن شدند. وزن آماس یادداشت و سپس در داخل آون در دمای 65 درجه سانتی‌گراد به‌مدت 48 ساعت خشک و وزن آنها (وزن خشک) یادداشت شد (Toscano et al., 2016).

اندازه­گیری غلظت رنگیزه­های فتوسنتزی: به منظور اندازه­گیری غلظت رنگیزه­های فتوسنتزی، 200 میلی‌گرم برگ سابیده شده به ۱۰ ميلي­ليتر اسـتن ۸۰ درصـد اضـافه شد. این مخلوط از کاغذ صافی واتمن شماره 2 عبور داده شد. سپس جذب نوری محلول صاف شده در طول موج­های 663، 645 و470 نانومتر با اسپکترومتر قرائت گردید (Lichtenthaler, 1987).

اندازه­گیری ميزان پرولین: ميزان پرولین به روش Bates و همكاران (1973) تعيين گرديد. در این روش به نمونه برگ ، سولفوسالیسیلیک اسید اضافه گردید. این مخلوط از کاغذ صافی عبور داده شد. محلول رویی و صاف شده به معرف ناین هیدرین و استیک اسید اضافه گردید و سپس از حمام آب گرم، واکنش در حضور یخ متوقف و تولوئن به مخلوط اضافه گردید. جذب نوری محلول رویی در طول موج 520 نانومتر با اسپکتروفتومتر قرائت گردید. غلظت پرولین نمونه‌ها بر حسب میکرو­مول در گرم وزن تر نمونه محاسبه شد. 

میزان مالون­دی­­­آلدئید: میزان پراکسیداسیون لیپیدها از طریق میزان مالون­دی­­­آلدئید ارزیابی شد. 100 میلی‌گرم بافت برگ در 2 میلی‌لیتر تری­کلرواستیک اسید 1/0 درصد  مخلوط شد و در 12000 گرم به مدت 15 دقیقه سانتریفیوژ شد و سپس 5/0 میلی‌لیتر فاز بالایی با 5/1 میلی‌لیتر تری کلرواستیک اسید 20 درصد حاوی 5/0 درصد تیوباربیتوریک اسید مخلوط و به‌مدت 90 دقیقه در دمای 90 درجه سانتی‌گراد گرم شد و به سرعت در یک حمام یخ خنک شد. سپس مخلوط در 10000 دور به مدت 5 دقیقه سانتریفیوژ شد و جذب مایع رویی در طول موج 532 و 600 نانومتر ثبت شد. غلظت مالون­دیآلدئید به صورت nmol/g نشان داده شد (Chakhchar et al., 2015).

فعالیت آنزیمی: فعالیت سوپراکسید­دیسموتاز از طریق توانایی مهار فتوشیمیایی نیتروبلو­تترازولیوم به فومازان توسط رادیکال‌های سوپراکسید ارزیابی شد. مخلوط واکنش حاوی بافر فسفات 50 میلی‌‌مولار، اتیلن دی آمین تترا استات (EDTA) 1/0ميلي‌مولار، متیونین13 ميلي‌مولا و نيتروبلو- تترازوليوم (NBT) 75 ميكرومولار و ریبوفلاوین2 ميکرو‌مولاربود. یک واحد SOD به عنوان مقدار آنزیم مورد نیاز برای ایجاد مهار 50 درصدی کاهش فتوشیمیاییNBT در 560 نانومتر در نظر گرفته شد (Giannopolitis and Ries, 1977) و فعالیت پراکسیداز براساس روش گایاکول مورد سنجش قرار گرفت. فعالیت آنزیم با حضور پراكسيد هيدروژن10 میلی­مولار، بافر گایاکول 16 میلی­مولار از طریق پایش افزایش جذب در طول موج 470 نانومتر در بافر فسفات به مدت دو دقيقه خوانده شد. نیتروبلو تترازولیوم توسط پراکسید هیدروژن، گایاکول را به تتراگوایاکول در470 نانومتر کاتالیز می­کند (Plewa et al., 1991).

تجزیه و تحليل‌هاي آماري: داده­هاي به­دست­آمده در محيط نرم­افزار اکسل سازماندهی شد. تجزیه وتحليل‌هاي آماري با استفاده از نرم‌افزار SPSS 16.0 انجام گرفت.  از تجزيه واريانس یک طرفه
 (One- way ANOVA) اثر تنش خشکی بر هریک از صفات استفاده شد و مقایسه میانگین­ها با آزمون دانکن (در سطح احتمال خطای پنج درصد) انجام شد. پیش از آزمون،  نرمال بودن داده­ها به کمک آزمون کولموگروف- سمیرنوف و  همگني واريانس بين گروه­ها با آزمون لون بررسی شد.

 

نتایج

        جدول (1) تجزیه واریانس صفات ریخت­شناسی در تیمارهای تنش در گونه توسکا‌ییلاقی را نشان می‌دهد. همه صفات مورد بررسی، تغییر معنی­دار در سطح 95 درصد بین تیمارهای تنش نشان دادند. با توجه به معنی دار بودن آزمون تجزیه واریانس صفات ریخت­شناسی، تفاوت میانگین تیمارها در جدول 2 ارایه شده است. میزان افت در تیمار تنش شدید نسبت به شاهد در صفت ارتفاع نهال­ها 8/41 درصد، قطر ­یقه40 درصد، زی‌توده کل4/72 درصد، زی‌توده­ برگ 6/44 درصد، زی‌توده ساقه 8/75 درصد و زی‌توده ریشه4/64 درصد، سطح برگ 9/91 درصد و در نهایت در شاخص سطح ویژه برگ 6/49 درصد بود. نسبت ریشه به اندام هوایی نهال‌ها 3/53 درصد افزایش را نشان داد.

 

 

جدول 1: تجزیه واریانس صفات رشد و ریخت­شناسی در توسکا‌ییلاقی در تیمارهای تنش خشکی

صفات	درجه آزادی	میانگین مربعات	F	سطح معنی­داری
ارتفاع	3	25/2508	89/29	**000/0
قطر یقه	3	15/75	50/32	**000/0
زی‌توده ریشه	3	77/521	59/34	**000/0
زی‌توده ساقه	3	75/116	62/54	**000/0
زی‌توده برگ	3	74/180	38/84	**000/0
زی‌توده کل	3	4873	53/101	**000/0
نسبت ریشه به اندام هوایی	3	08/0	74/7	**009/0
سطح برگ	3	88/10100	28/59	**000/0
سطح ویژه برگ	3	25/16015	85/9	**001/0

**: اختلاف معني­دار در سطح 01/0.              

 

جدول ۲: میانگین صفات رشد و ریخت­شناسی در تیمارهای تنش خشکی توسکا‌ییلاقی

تیمار 25 درصد	تیمار 50 درصد	تیمار 75 درصد	تیمار 100 درصد	صفات/ درصد ظرفیت زراعی
18/8±5/76c	98/2±55/80c	27/2±97b	±5/131 28/7a	ارتفاع (سانتی­متر)
46/0±77/11c	41/0±38/12c	±7/14 75/0b	85/1±58/19 a	قطر یقه (میلی متر)
57/0±14b	15/1±19b	05/3±30a	±58.16/4a	زی‌توده ساقه (گرم)
18/2±62/16 c	03/2±3/21 bc	66/1±33/27b	9/2±6/46a	زی‌توده ریشه (گرم)
92/0±9/3   c	33/0±33/5 c	20/1±33/14  b	66/0±3/20a	زی‌توده برگ (گرم)
47/3±5/34 c	4/2±6/45c	48/5 ±65/71 b	00/4±125  a	زی‌توده کل (گرم)
±92/0   05/0a	08/0±88/0 a	03/0±62/0 b	06/0±60/0  b	نسبت ریشه به اندام هوایی
39/2±13/25 c	90/3±36/37c	07/7±94/78 b	5/12±66/153 a	سطح برگ (سانتی­متر مربع)
17/30±33/179  c	45/26±53/262b	33/5±35/287 ab	99/22±28/356 a	سطح­ ویژه برگ (سانتی­متر مربع/ گرم)

 حروف متفاوت نشانگر اختلاف معنی­دار بین تیمارها در سطح اطمینان 95% است. 

 

 

        جدول (3) تجزیه واریانس تفاوت صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در تیمارهای تنش در گونه توسکا‌ییلاقی را نشان می­دهد. از بین صفات مورد بررسی آنزیم پراکسیداز تغییر معنی­داری در سطح 95 درصد و سایر صفات تفاوت معنی­دار در سطح 99 درصد بین تیمارهای تنش را نشان دادند. با توجه به معنی­دار بودن آزمون، تفاوت میانگین تیمارها در جدول (4) آمده است. با افزایش شدت تنش، میزان کلروفیل کاهش نشان داد. میزان کاهش کلروفیل‌کل 9/52 درصد، کلروفیلa،51 درصد و درنهایت کلروفیل b،52 درصد در تیمار تنش شدید نسبت به تیمار شاهد بود، همچنین میزان کارتنوئید کاهش 4/38 را نشان داد. محتوی نسبی آب نهال­ها، افت 5/33 در تنش شدید و 9/24درصد در تیمار تنش متوسط نسبت به تیمار شاهد را نشان دادند. میزان درصد افزایش پرولین در تیمار تنش شدید8/169 درصدو در تیمار تنش متوسط 7/80 درصد نسبت به تیمار شاهد بود. میزان مالون­دی­آلدئید با افزایش شدت تنش افزایش نشان داد و میزان آن در تنش شدید و متوسط در مقایسه با تیمار شاهد به مقدار 7/142، 8/133 درصد افزایش نشان داد. افزایش فعالیت آنزيم سوپر­اکسید­دیسموتاز در تیمارهای تنش خفیف و متوسط و شدید نسبت به شاهد به‌ترتیب 5/36، 9/25 و 9/20 درصد مشاهده شد. بیشترین درصد فعالیت آنزيم پراکسیداز در تیمارهای تنش نسبت به شاهد در تیمار تنش خفیف و متوسط با تغییر 148 و 140 درصد مشاهده شد.

 

 

جدول 3: تجزیه واریانس صفات فیزیولوژیکی - بیوشیمیایی در تیمارهای تنش خشکی توسکا‌ییلاقی

صفات	درجه آزادی	میانگین مربعات	F	سطح معنی­داری
کلروفیل  a	3	271/0	74/13	002/0**
کاروفیلb	3	05/0	73/9	005/0**
کلروفیل­کل	3	54/0	88/31	000/0**
کاروتنوئید	3	009/0	50/17	001/0**
محتوی نسبی آب برگ	3	62/390	63/14	001/0**
پرولین	3	81/1	26/42	000/0**
آنزیم پراکسیداز	3	17/221	53/16	010/0 *
آنزیم سوپر­اکسید­دیسموتاز	3	07/652	65/13	002/0**
مالون­دی­آلدئید	3	78/35	49/7	002/0**

**: اختلاف معني­دار در سطح 01/0 ،* : اختلاف معني­دار در سطح05/0                                                                 

 

جدول4: میانگین صفات فیزیولوژیک - بیوشیمیایی در تیمارهای تنش خشکی توسکا ییلافی

تیمار 25 درصد	تیمار 50 درصد	تیمار 75 درصد	تیمار 100	صفات
04/0±49/0b	0.00±41/0b	12/0 ±82/0 a	08/0±05/1 a	کلروفیل a (میلی­گرم/ گرم وزن تر)
24/0±21/0 b	01/0±19/0 b	06/0±40/0a	39/0±44/0 a	کلروفیلb (میلی­گرم/ گرم وزن تر)
07/0±70/0c	02/0±60/0 c	11/0±23/1b	50/1 ±  06/0 a	کلروفیل کل(میلی­گرم/ گرم وزن تر)
00/0±16/0 c	00/0±13/0 c	00/0±21/0b	02/0 ±26/0 a	کاروتنوئید (میلی­گرم/ گرم وزن تر)
08/3±77/46 c	08/3 ±83/52  c	37/2±61/67 a	a 00/3±38/70	محتوی نسبی آب برگ (درصد)
14/0±86/2  a	10/0±72/1  b	09/0±43/1 bc	13/0±06/1  c	پرولین (میکرومول/ گرم وزن تر)
48/1±84/12 a	86/0±37/12 a	52/1±25/10  a	05/1±29/5  b	مالون­دی­آلدئید (نانومول/ گرم وزن تر)
58/2±04/116 b	63/2±91/120 bc	07/131 95/2± a	42/6±98/95 c	آنزیم سوپر­اکسید دیسموتاز (میکرومول/ گرم وزن تر)
69/1±27/11 a	31/25  06/2±a	40/5±19/26 a	99/0±52/10 a	آنزیم پراکسیداز (میکرومول/ گرم وزن تر)

 

بحث 

        پاسخ ریخت­شناسی اولیه به تنش خشکی مکـانسیم اجتناب از طریق تنظیم رشد گیاه مانند کاهش اندام هوایی، قطر­یقه و زی‌توده است 
(Lei et al., 2006). خشکی موجب کاهش صفات رشد از جمله ارتفاع، قطر یقه و مساحت تاج می­گردد (Guo et al., 2019). در تحقیق حاضر خشکی میزان رشد نهال­های توسکا‌ییلاقی را کاهش داد. این کاهش رشد در صفات اندازه گیری شده ارتفاع، قطر یقه، زی‌توده اندام­ها ، زی‌توده کل و صفات برگ نتیجه گرفته شد. Du و همکاران (2010) از پارامترهای ارتفاع، تاج پوشش و قطر یقه جهت بازتاب اثر تنش خشکی بر رشد نهال­های vitex negundo استفاده کردند و دریافتند کـــه کاهش معنی­داری بــا شــروع تنــــش حـــاصل شــــده است. آنها اذعان داشتند کــه این موضوع بدلیل اینـــــکه تامیــن مواد غذایی با دسترسی به رطوبت خاک مرتبط بوده و در مدت زمان کـــــوتاهی بروز می‌کند، قابل انتظار بود. ممانعت از رشد در نهایت با کاهش زی‌توده بروز می‌کند. در این زمان سیگنال­های با منشا ریشه (عموماٌ اسید آبسزیک) از طریــــق آوند به برگ­ها منـــتقــل و موجب افت آب و کاهش رشد برگ می­شود. زی‌توده نهال‌ها در تیمارهای تنش نسبت به تیمار شاهد، کاهش نشان داد.Díaz-López و همکاران (2012) عنوان کردند که در پاسخ به تنش خشکـــــی، نهال­های Jatropha curcas بیشترین وزن خشک ریشه، ساقه و برگ در تیمار شاهد (100 درصد ظرفیت زراعی) و به تدریج با کاهش دستـــرسی به آب این پارامترها افت کردند. به عقیدهTariq و همکاران (2018) کاهش میزان رشد و زی‌توده در گونه Alnus cremastogyne که با کاهش میزان سطح برگ و قطر­یقه نمود یافته است که ممکن است بخشی از استراتژی اجتناب از خشکی نهال­های این گونه باشد.

کمبود شدید آب در خاک عموماٌ موجب تغییراتی در الگوی توزیع ماده خشک (افزایش رشد ریشه نسبت به اندام­های هوایی) ایجاد می­کند (Silva et al., 2010). خشکی میزان تولید را کاهش می­دهد و وقتی منابع محدود باشند، گیاهان معمولاٌ از طــریق دادن سهم بیشتر فتوسنتز برای تولید اندام­هایی که قادر به کسب منابع هستند، سازگار می­شوند (Guo et al., 2013). نسبت ریشه به اندام هوایی نهال­های توسکا‌ییلاقی تحت تیمار تنش متوسط و شدید افزایش نشان داد. افزایش نسبت ریشه به اندام ­هوایـی درErythrina velutina (Silva et al., 2010)، Acer davidii (Guo et al., 2019)، Quercus cerris (Deligoz and Bayar, 2018) تحت تنش خشکی گزارش شده است.

        تغییرات شاخص سطح برگ نشان داد که گونه مورد مطالعه در اثر تنش خشکی سطح برگ­هایش را کاهش داده است. خشکی به علت ایجاد اخلال در فرایندهای تقسیم و توسعه سلولی در نهایت منجر به افت فشار تورژسانس شده و عامل کاهش نرخ رشد، ارتفاع و سطح برگ خواهد شد. شـــاخص سطح ویژه برگ رابطه متقابل سطح و وزن خشک برگ و پارامتر مهمی از نرخ رشد است (Guo et al., 2019). بررسی تغییرات میزان شاخص سطح ویژه برگ نشان داد با افزایش شدت تنش خشکی مقدار شاخص افت کرده و در تنش شدید به پایین­ترین سطح می رسد. کاهش مشخصه‌های سطح برگ و سطح ویژه برگ در گونه Sophora davidii استراتژی اجتناب از خشکی برای کاهش تعرق عنوان شد (Wu et al., 2008). کاهش سطح ویژه برگ و اسکلروفیلی شدن بیشتر به عنوان تغییرات سازشی تحت تنش خشکی در برخی مطالعات تلقی شده است، زیرا برگ ضخیم­تر کارایی مصرف آب را بهبود بخشیده و جهت اجتناب از هدررفت آب سودمند می­باشد (Du et al., 2010). هردوگونه Prunus sargentii وLarix kaempferi طی تنش خشکی کاهش اندازه برگ را نشان دادند، اما گونه لاریکس برگ­های کوچک­تر و ضخیم­تر داشت که نشانگر تحمل به خشکی بیشتر برگ آن نسبت به آلوچه بود (Bhusal et al., 2020).

        رطوبت نسبی آب برگ شاخص کلیدی درجه هیدراته شدن سلول و بافت بوده که برای عملکردهای فیزیولوژیک بهینه و فرایندهای رشد حیاتی است (Toscano et al., 2016). محتوی نسبی آب برگ نهال­ها در اثر تنش کاهش نشان داد. این میزان افت در تنش شدید نسبت به تیمار شاهد، 55/33 و در تیمار تنش متوسط 9/24 درصد بود. کاهش محتوی نسبی آب برگ در شرایط کم آبی در گونه ارغوان 
(Robinia pseudoacacia) (Norouzi haroni et al., 2015)، افرا­شیردار (Acer cappadocicum) (Asgharpoor et al., 2017)، در دو گونه صنوبر (Populus kangdingensis و Populus cathayana) (Yang  and Miao, 2010) نیز گزارش گردیده است.

        برگ­ها احتمالاٌ تحت تنش خشکی سبزینگی خود را از به علت جلوگیری از بیوسنتز رنگیزه­های سبز در گیاهان در حال رشد و تخریب کلروفیل ازدست می‌دهند. کمبود آب منجر به شکستن ساختارهای کلروفیل شده و کاهش احتمالی آن در اثر تنش اکسیداتیو می­شود (Ghaffari et al., 2019). کاهش مقدار کاروتنوئیدها نشانگر آنست که تنش خشکی موجب تنش اکسیداتیو قابل توجه از طریق تجمع گونه­های فعال اکسیژن شده است (Lei et al., 2006). در گونه مورد مطالعه با افزایش شدت تنش میزان کلروفیل و میزان کاروتنوئیدها کاهش نشان دادند. میزان کاهش محتوای کلروفیل در سه گونه
Juglans regia،J. mandshurica وJ. nigra  در تیمار تنش خشکی به علت کاهش تبادلات گازی گونه‌ها، همچنین سنتز آهسته یا شکست سریع ناشی از تنش اکسیداتیو و به عنوان شاخص تحمل خشکی گونه ارزبایی شد ( Liu et al., 2019). کاهش محتوی کلروفیل تحت خشکی در گونه Acer buergerianum (Guo et al., 2013)، کاهش کاروتنوید در گونه­های  Quercus variabilis(Wu et al., 2013)  و Populus przewalskii (Lei et al., 2006) همسو با مطاله حاضربود.

        در مطالعه حاضر افزایش پرولین در تیمار تنش شدید و متوسط قابل توجه بود.  افزایش پرولین به موازات افزایش شدت تنش در گونه مورد مطالعه مشابه با نتایج سایر گونه­ها از جملهRobinia pseudoacacia  (Li et al., 2008)، Quercus cerris و Quercus  robur (Deligoz and Bayar,  2018) است. این افزایش می­تواند بیانگر پاسخ سازشی به تنش ایجاده شده باشد، زیرا پرولین به عنوان عامل تنظیم­کننده اسمزی، پتانسیل آب برگ را کاهش می‌دهد؛ در نتیجه جذب آب و فشار اسمزی حفظ شده و به انجام فرایندهای فیزیولوژیک از جمله فتوسنتز و رشد در شرایط خشکی کمک می­کند. از طرفی به عنوان جاروب­کننده رادیکال­های هیدروکسیل، ساختار پروتئین­ها و غشاها در برابر تخریب محافظت کرده، در نتیجه دناتوره شدن آنزیم را کم می­کند. این عملکردها آسیب حاصل از دهیدراته شدن را کاهش می­دهد (Deligoz and Bayar, 2018; Li et al., 2008).

        مالون­دی­آلدئید شاخص مهم و معمول ارزیابی سطح احیاست و افزایش آن به وضوح بیانگر آسیب غشا ناشی از پراکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع فسفولیپیدها در حضور گونه­های فعال اکسیزن و میزان کمتر این شاخص به معنی توانایی آنتی اکسیدانی بالاتر و در نتیجه مقاومت به خشکی بیشتر است (Chakhchar et al., 2015; Wang et al., 2016). در تحقیق حاضر میزان مالون­دی­آلـــــدئید با افزایــــش شدت تنش، افزایش نشان داد. به عقیده Ge و همکاران (2014) افزایش میزان مالون دی­آلدئید به صورت مکانیسم فیدبکی موجب مهار فعالیت آنزیمی و آسیب احتمالی بیشتر غشاها شده و افزایش آن در گونه Phoebe bournei. موجب کاهش سطح آنزیم‌های آنتی­اکسیدانی در تیمار تنش به موازات افزایش دوره تنش گردیده است. نتیجه فوق با نتایج این تحقیق به دلیل افت میزان فعالیت آنزیم­ها در تنش شدید به موازات افزایش میزان مالون­دی­آلدئید همخوانی دارد. بررسی درصد افزایش فعالیت آنزيم سوپر­اكسيـد دیسموتاز و پراکسیداز نشان داد که بیشترین میزان افزایش فعالیت آنزيم در تیمـــــارهای تنش نسبت به شاهد در تیمار تنش خفیف و متوسط مشاهــــده شد. Hu و همکاران (2012) در بررسی مقاومت به خشکی دو گونه Alnus cremastogne و Eucalyptus grandis دریافتند که در گونه اکالیپتوس روند افزایش تدریجی آنزیم­ها به موازات افزایش دوره تنش مشاهده می­شود، اما در گونه توسکا، میزان آنزیم سوپر­اکسید دیسموتاز ابتدا افـــزایش سپس کاهش و در ادامه روند افزایشی داشت اما آنزیم پراکسیداز ابتدا افزایش سپس روند کاهشی مشاهده شد. نویسندگان بر­این اساس اذعان داشتند که هر دو گونه برای جلوگیری از آسیب گونه­های فعال اکسیژن، سیستم آنزیمی درونی خود را فعال کرده، با این وجود گــونه اکالیپتوس توانسته این سیستم را تاحدودی حفظ کند در حالیکه گونه توسکا قادر به حفظ آن نبوده است. بررسی دوعامل تنش کم آبی در ترکیب تلقیح با قارچ میکوریز در گونه توسکا‌ییلاقی نشان داد که هر دو عامل موجب افزایش سطح فعالیت آنزیمی شدند و تلقیح در شرایط کم آبی اثر معنی­دار بیشتری بر افزایش سطح فعالیت آنزیم­ها نشان داد (Boor et al., 2021).

 

نتیجه­گیری نهایی

        در این تحقیق اثر تنش­ خشکی بر برخی از ویژگی­های ریخت­شناسی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نها­ل­های گونه توسکا‌ییلاقی بررسی شده است. نتایج نشان داد که تنش خشکی موجب کاهش ارتفاع، قطر­یقه، زی‌توده اندام­ها و زی‌توده کل، سطح برگ، سطح ویژه برگ و محتوی نسبی آب برگ نهال­ها شد. همچنین میزان رنگیزه­های فتوسنتزی تحت تیمار تنش کاهش معنی­داررا نشان دادند. نسبت ریشه به اندام هوایی، میزان پرولین، مالون­دی­آلدئید و فعالیت آنزیم‌های آنتی­اکسیدانی افزایش نشان داد. با توجه به نتایج بدست آمده می­توان اذعان نمود که نهال­های گونه توسکا‌ییلاقی از طریق مکانیسم­های تحمل خشکی در سطح تنش خفیف و متوسط با تنش خشکی مقابله کرده­اند.

 

 

References

Ahani, H., Jalilvand, H., Vaezi, J. and Sadati, S. E. (2018). Drought stress on Elaeagnus rhamnoides (L.) A. Nelson seedlings morphology. Journal of Plant Ecosystem Conservation, 5(2):191 – 204 (In Persian with English summary).

Akhani, H., Djamali, M., Ghorbanalizadeh, A. and Ramezani, E. (2010). Plant biodiversity of Hyrcanian relict forests, N Iran: an overview of the flora, vegetation, palaeoecology and conservation. Pakistan Journal of Botany, 42(1): 231-258.

Asgharpour E., Azadfar, D. and Saeedi, Z. (2017). Evaluation of Acer cappadocicum Gled seedlings to drought stress. Journal of Plant Research, 30(1): 1-11(In Persian with English summary).

Barshan, M., Tabari Kouchaksaraei, M., Sadati, S.E. and Shahhoseini, R. (2016). Growth and Survival of Willow Seedling (Salix alba L.) Under Water Deficit Stress. Journal of Forest and wood product, 69(2):249-257(In Persian with English summary).

Bates, L.S., Waldran R.P. and Teare, I.D. (1973). Rapid determination of free proline for water studies. Plant and Soil, 39: 205–208.

Bhusal, N., Lee, M., Han, A.R., Han, A. and .Kim, H.S. (2020). Responses to drought stress in Prunus sargentii and Larix kaempferi seedlings using morphological and physiological parameters. Forest Ecology and Management, 465:118099.

Boor, Z., Parad, G. A., Hosseini, S. M. and Ghanbary, E. (2021). Morphological, physiological, and enzymatic responses of Caucasian alder (Alnus subcordata C. A. Mey) seedlings to water deficit conditions by inoculation of Rhizophagus irregularis. Journal of Iranian Plant Ecophysiological Research, 16(61):80-93(In Persian with English summary).

Chakhchar, A., Wahbi, S., Lamaoui, M., Ferradous, A., El Mousadik, A., Ibnsouda-Koraichi, S., Filali-Maltouf, A. and El Modafar, C. (2015). Physiological and biochemical traits of drought tolerance in Argania spinosa. Journal of plant interactions, 10(1): 252-261.

Deligoz, A. and Bayar E. (2018). Drought stress responses of seedlings of two oak species (Quercus cerris and Quercus robur). Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 42:114-123.

Díaz-López, L., Gimeno, V., Simón, I., Martínez, V., Rodríguez-Ortega, W. M. and García-Sánchez, F. (2012). Jatropha curcas seedlings show a water conservation strategy under drought conditions based on decreasing leaf growth and stomatal conductance. Agricultural water management, 105:48-56.

Du, N, Guo, W., Zhang, X. and Wang, R. (2010). Morphological and physiological responses of Vitex negundo L. var. heterophylla (Franch.) Rehd. to drought stress. Acta physiologiae plantarum, 32:839-848.

Fang, J., Wu, F., Yang, W., Zhang, J. and Cai, H. (2012). Effects of drought on the growth and resource use efficiency of two endemic species in an arid ecotone. Acta Ecologica Sinica, 32(4):195-201.

Ge, Y, He, X, Wang, J, Jiang, B, Ye, R and Lin, X. (2014). Physiological and biochemical responses of Phoebe bournei seedlings to water stress and recovery. Acta Physiologiae Plantarum, 36:1241-1250.

Geng, D.L., Lu, L.Y., Yan, M.J., Shen, X.X., Jiang, L.J., Li, H.Y., Wang, L.P., Yan, Y., Xu, J.D., Li, C.Y. and Yu, J.T. (2019). Physiological and transcriptomic analyses of roots from Malus sieversii under drought stress. Journal of Integrative Agriculture, 18(6):1280-1294.

Ghaffari, H., Tadayon, M.R., Nadeem, M., Cheema, M. and Razmjoo, J. (2019). Proline-mediated changes in antioxidant enzymatic activities and the physiology of sugar beet under drought stress. Acta physiologiae plantarum, 41: 22-35.

Giannopolitis, C.N. and Ries, S.K. (1977). Superoxide dismutases: II. Purification and quantitative relationship with water-soluble protein in seedlings. Plant physiology. 59, 315-8.

Guo, X., Guo, W., Luo, Y., Ta, N. X, Du, N. and Wang, R. (2013). Morphological and biomass characteristic acclimation of trident maple (Acer buergerianum Miq.) in response to light and water stress. Acta Physiologiae Plantarum, 35: 1149-1159.

Guo, X., Luo, Y.J., Xu, Z.W., Li, M.Y. and Guo, W.H. (2019). Response strategies of Acer davidii to varying light regimes under different water conditions. Flora, 257:151423.

Heidari, M., Attar Roshan, S. and Abdolahzade S. (2010). Determining the suitable irrigation period of Acer monspessulanum sapling in Dareh-Shahr nursery- Ilam. Journal of Renewable Natural Resources Research, 1(2):59-71.

Hosseini Nasr, S.M., Sagheb-Talebi, K. and Hojjati, S. M. (2013). Effect of drought stress induced by altitude, on four wild almond species, Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 21(2):373- 86.

Hu, H, Chen, H, Hu, T. and Zhang, J. (2012). Adaptability comparison between the seedlings of Eucalyptus grandis and Alnus cremastogyne under the condition of continuous drought stress. Journal of Agricultural Science, 4: 75-86.

Jahanbazy Goujani H., Hosseini Nasr S. M., Sagheb-Talebi K. and Hojjati S.M. (2013). Effect of drought stress induced by altitude, on four wild almond species, Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 21(2):373-386(In Persian with English summary).

Kunz, J, Räder, A. and Bauhus, J. (2016). Effects of drought and rewetting on growth and gas exchange of minor European broadleaved tree species. Forests, 7: 239.

Lei, Y., Yin, C. and Li, C. (2006). Differences in some morphological, physiological, and biochemical responses to drought stress in two contrasting populations of Populus przewalskii. Physiologia Plantarum, 127:182-191.

Li, K.R., Wang, HH, Han G, Wang, Q.J. and Fan J. (2008). Effects of brassinolide on the survival, growth and drought resistance of Robinia pseudoacacia seedlings under water-stress. New Forests, 35: 255-266.

Lichtenthaler, HK. (1987). Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology. 148:350–382.

Liu, B., Liang, J., Tang, G., Wang, X., Liu, F. and Zhao, D. (2019). Drought stress affects on growth, water use efficiency, gas exchange and chlorophyll fluorescence of Juglans rootstocks. Scientia Horticulturae, 250:230-235.

Mozaffarian, V. (2004). Trees and shrubs of Iran. Farhang- e Moaser Publications, Tehran, 1003 pp.

 Norouzi haroni N. and Tabari koochksaraee M. (2015). Morpho-Physiological Responses of Black Locust (Robinia pseudoacacia L.) Seedlings to Drought Stress, Journal of forest and wood products, 68(3);715-727(In Persian with English summary).

Plewa, M.J., Smith, S.R. and Wagner, E.D. (1991). Diethyldithiocarbamate suppresses the plant activation of aromatic amines into mutagens by inhibiting tobacco cell peroxidase. Mutation research/fundamental and molecular mechanisms of mutagenesis, 247(1):57-64.

Rahimi, D., Kartoolinejad, D., Nourmohammadi, K. and Naghdi, R. (2017). The effect of carbon nanotubes on drought tolerance of Caucasian alder (Alnus subcordata CA Mey) seeds in germination stage. Iranian Journal of Seed Science and Technology, 6(2):17-28.

Saxton, K.E., Rawls, W.J., Romberger, J.S. and Papendick, R.I. (1986). Estimating generalized soil-water characteristics from texture, Soil Science Society of America Journal, 50:1031-1036.

Silva, E.C.D., Silva, M.F., Nogueira, R.J. and Albuquerque, M.B. (2010). Growth evaluation and water relations of Erythrina velutina seedlings in response to drought stress. Brazilian Journal of Plant Physiology, 22:225-233.

Tariq, A., Pan, K., Olatunji, O.A., Graciano, C., Li, Z., Sun, F., Zhang, L., Wu, X., Chen, W., Song, D. and Huang, D. (2018). Phosphorous fertilization alleviates drought effects on Alnus cremastogyne by regulating its antioxidant and osmotic potential. Scientific Reports, 8:1-11.

Toscano, S., Farieri, E., Ferrante, A. and Romano, D. (2016). Physiological and Biochemical Responses in Two Ornamental Shrubs to Drought Stress. Frontiers in Plant Science,7:645.

Wang, R., Gao, M., Ji, S., Wang, S., Meng, Y. and Zhou, Z. (2016). Carbon allocation, osmotic adjustment, antioxidant capacity and growth in cotton under long-term soil drought during flowering and boll-forming period. Plant Physiology and Biochemistry, 107:137-146.

Wu, F., Bao, W., Li F. and Wu, N. (2008). Effects of drought stress and N supply on the growth, biomass partitioning and water-use efficiency of Sophora davidii seedlings. Environmental and experimental botany, 63:248-255.

Wu, M., Zhang, W.H., Ma, C. and Zhou, J.Y. (2013). Changes in morphological, physiological and biochemical responses to different levels of drought stress in Chinese cork oak (Quercus variabilis Bl.) seedlings. Russian journal of plant physiology, 60:681-692.

Yang, F. and Miao, L. F. (2010). Adaptive responses to progressive drought stress in two poplar species originating from different altitudes. Silva Fennica, 44(1):23-37.

Zarafshar, M., Akbarinia, M., Hosseini, S.M. and Rahaie, M. (2016). Drought resistance of wild pear (Pyrus Boisseriana Buhse.). Journal of forest and wood products, 69(1):97-110 (In Persian with English summary).

65

---