Physiological and biochemical response of some grape cultivars to drought stress

Subject Areas : Stress

Mojtaba gholizadeh ¹ , mehdi Haddadinejad ² , علی عبادی ³ , Ali Mohammadi Torkashvand ⁴

1 - Department of Horticultural Science, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 - Horticulture of Department, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 - استاد،گروه علوم باغبانی، دانشگاه تهران
4 - Professor, Islamic Azad University, Research Sciences Unit, Tehran

Received: 2024-03-05 Accepted : 2024-06-30 Published : 2024-05-29

Keywords: Membrane Stability, Photosynthetic pigment, Phenol, Relative leaf water content.,

Abstract :

In order to investigate the effect of drought stress on the physiological and biochemical traits of six grape cultivars, a factorial experiment was conducted based on a completely randomized design with three replications under greenhouse conditions. In this experiment, the treatments included six Khorasani and shirazi grape varieties (Askari, Khalili, Yaquti, Pikami, Turkmen 4 and Suzak) and four levels of drought stress (normal conditions (100% of the farm capacity), low stress (75% of the farm capacity), medium stress ( 50% of farm capacity) and severe stress treatment (25% of farm capacity). The results showed that physiological and biochemical traits increased significantly with increasing stress intensity. On the other hand, the traits of relative leaf water content, membrane stability index, amount of photosynthetic pigments, and total phenol content decreased significantly with increasing stress intensity. Among the cultivars studied, the Yaqouti cultivar showed more resistance to drought than other grape cultivars in terms of the studied indices. According to the results of this research, it seems that Yaghuti cultivar is more drought tolerant than other cultivars. Since this tolerance located in leaf via active mechanisms, it is necessary to carry out additional tests when using Yaghuti as rootstock for scion of grapevine.

References:

1) احمدی، ک.، عبادزاده، ح.ر.، حاتمی، ف.، محمدنیا افروزی، ش.، طاغانی، ر. و ش، یاری. 1400. آمارنامه کشاورزی سال 1399: محصولات باغبانی. مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات. معاون برنامه¬ریزی و اقتصادی وزارت جهاد کشاورزی. 2) اسدی و. رسولی م. غلا‌می م. و م، ملکی. 1396. بررسی برخی ویژگی¬های ریخت شناختی و فیزیولوژیک چهار رقم انگور (.Vitis vinifera L) در شرایط تنش خشکی. مجله علوم باغبانی ایران، 48(4): 990-997. 3) سوخت¬سرایی، ر.، عبادی، ع.، سلامی، س.ع. و ح، لسانی. 1396. بررسی شاخص¬های اکسیداتیو در سه رقم انگور (Vitis vinifera L.) در شرایط تنش خشکی. مجله علوم باغبانی ایران، 48: 98-85. 4) طلایی، ع.ر.، قادری، ن.، عبادی، ع. و ح، لسانی. 1390. پاسخ¬های بیوشیمیایی دو رقم انگور ساهانی و بیدانه سفید به تغییرات پتانسیل آب خاک. مجله علوم باغبانی ایران، 42: 301-308. 5) قادری، ن.، طلایی، ع.، عبادی، ع و ح، لسانی. 1389. تأثير تنش خشكي و آبياري مجدد بر برخي خصوصيات فيزيولوژيكي سه رقم انگور ساهاني، فرخي و بيدانه سفيد. مجله علوم باغبانی ایران. 41(2): 179-188. 6) مهری، ح.ر.، قبادی، س.، بانی¬نسب، ب.، احسان زاده، پ و م، غلامی. 1393. بررسی برخی پاسخ¬های فیزیولوژیک و مورفولوژیک چهار رقم انگور ایرانی (Vitis vinifera L.) به تنش خشکی در شرایط درون شیشه¬ای. مجله فرآیند و کارکرد گیاهی، 10(3)، 115-126. 7) Beis A. and A, Patakas. 2015. Differential physiological and biochemical responses to drought in grapevines subjected to partial root drying and deficit irrigation. European Journal of Agronomy, 62: 90-97
8) Bertamini, M., Zulini, L., Muthuchelian, K. and N, Nedunchezhian. 2006. Effect of water deficit on phostosynthetic and other physiological responses in grapevine (Vitis vinifera L. cv. Riesling) plants. Photosynthetica, 44: 151-154.
9) Chai, Q., Gan, Y., Zhao, C., Xu, HL. and R.W, askom. 2016. Regulated deficit irrigation for crop production under drought stress. A review. Agronomy for Sustainable Development, 36: 3-19.
10) Cooley, N.M., Clingeleffer, P.R. and RR, Walker. 2017. Effect of water deficits and season on berry development and composition of Cabernet Sauvignon (Vitis vinifera L.) grown in a hot climate. Australian Journal of Grape and Wine Research, 23: 260–272.
11) Esmaeilizadeh, M., Lotfi, A., Mirdehghan, S.H. and M, Shamshiri. 2018. Effects of irrigation intervals on some physiological and biochemical characteristics in four Iranian grapevine cultivars. Crops Improvement, 20: 3-14.
12) Galmes, J., Flexas, J., Save, R. H. and H, Medrano. 2007. Water relations and stomatal characteristics of Mediterranean plants with different growth forms and leaf habits: responses to water stress and recovery. Plant and Soil, 290(1-2): 139-155.
13) Haider, M.S., Zhang, C. and M.M, Kurjogi. 2017. Insights into grapevine defense response against drought as revealed by biochemical, physiological and RNA-Seq analysis. Scientific reports, 7: 13134.
14) Hajiahmad, P. 2019. Physiological and biochemical response of three Iranian cultivars grapevine seedling ‘Bidane sefid’, ‘Chafte’ and ‘Yaghooti to drought stress. Journal of Plant Production Research, 26: 1-13.
15) Isfendiyaroglu, M. and E, Zeker. 2002. The relation between phenolic compound and seed dormancy in Pistacia spp. In: AKB E (ed.). 11 Grema Serr Pistachios and Almond. Chieres Optins Mediterraneenes, 232-277.
16) Jalili marandi, R., Hassani, A., Dolati baneh, H., Azizi, H. and R, Haji taghiloo. 2011. Effect of different levels of soil moisture on the morphological and physiological characteristics of three grape cultivars (Vitis vinifera L.). Journal of Horticultural Science, 42, pp. 31-40.
17) Keller, M. 2010. The Science of Grapevines: Anatomy and Physiology. Burlington, MA: Academic Press 18) Lichtenthaler, H.K. and C, Buschmann. 2001. Extraction of photosynthetic tissues: chlorophylls and carotenoids. Food Analytical Chemistry Protocoles, F4.3.1-F4.3.8.
19) Lovisolo, C., Lavoie-Lamoureux, A., Tramontini, S. and Ferrandino, A. 2016. Grapevine adaptations to water stress: new perspectives about soil/plant interactions. Theoretical and Experimental Plant Physiology, 28: 53–66.
20) Martin-StPaul, N., Delzon, S. and H, Cochard 2017. Plant resistance to drought depends on timely stomatal closure. Ecology Letters, 20: 1437–1447.
21) Sheng, C.X., Yong, P.L., Jin, H., Ya, J.G., Wen, G.M., Yun, Y.Z. and J.Z, Shui. 2010. Responses of Antioxidant enzymes to chilling stress in tobacco seedlings. Agricultural Sciences in China, 9(11): 1594-1601.
22) Sorori, Sh., Asgharzadeh, A., Marjani, A. and M, Samadi-Kazemi. 2022. Evaluation of Drought Stress Tolerance among some of Grape Cultivars Using Physiological and Biochemical Studies. Journal of Horticultural Science, 36(2): 373-388. http://doi.org/10.22067/JHS.2021.67767.1004

Full-Text:



گیاه و زیست فناوری ایران Iranian Journal of Plant & Biotechnology (IJPB)

مقاله پژوهشی

 

 پاسخ فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی برخی ارقام انگور به تنش خشکی (Vitis vinifera L.)

مجتبی قلی‌زاده1، مهدی حدادی‌نژاد (نویسنده مسئول)2*، علی عبادی3، علی محمدی‌ترکاشوند4

1- دانشجوی دکتری، گروه علوم باغی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران،[e-mail]

2- استادیار، گروه علوم باغبانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران، [e-mail]  

3- استاد، گروه علوم باغبانی، دانشگاه تهران، کرج، ایران، [e-mail]

4- استاد، گروه علوم باغی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران،[e-mail]

تاریخ دریافت: اسفند 1402 تاریخ پذیرش: خرداد 1403

Physiological and biochemical response of some grape cultivars (Vitis vinifera L.) to drought stress

Mojtaba Gholizadeh1, Mehdi Hadadinezhad (Corresponding author)2*, Ali Ebadi3, Ali Mohamadi Torkashvand4

1- Ph.D Student, Department of Horticultural and Agricultural Science, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran, [e-mail]

2- Assistant Professor, Department of Horticultural Science, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran, [e-mail] 

3- Professor, Department of Horticultural Science, University of Tehran, Karaj, Iran, [e-mail]

4- Professor, Department of Horticultural and Agricultural Science, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran, [e-mail]

Received: March 2024 Accepted: June 2024

چکیده به­منظور بررسی تاثیر تنش خشکی بر صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی شش رقم انگور آزمایشی فاکتوریل بر پایۀ طرح کاملا تصادفی با سه تکرار تحت شرایط گلخانه­ای اجرا شد. در این آزمایش، تیمارها شامل شش رقم انگور (عسگری، خلیلی، یاقوتی، پیکامی، ترکمن 4 و سوزک) و چهار سطح تنش خشکی (شرایط نرمال (100 درصد ظرفیت مزرعه)، تنش کم (75 درصد ظرفیت مزرعه)، تنش متوسط (50 درصد ظرفيت مزرعه) و تیمار تنش شدید (25 درصد ظرفیت مزرعه)) بودند. نتایج نشان داد که صفاتی فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی با افزایش شدت تنش، به­طور معنی­داری افزایش یافتند. درمقابل، صفات محتوای نسبی ­آب برگ، شاخص پایداری غشاء، میزان رنگدانه­های فتوسنتزی، محتوای فنول کل با افزایش شدت تنش، به­طور معنی­داری کاهش یافتند. در میان ارقام مورد مطالعه، رقم یاقوتی از حیث شاخص‌های مورد مطالعه نسبت به سایر ارقام انگور، مقاومت بیشتری نسبت به خشکی نشان داد. با توجه به نتایج این پژوهش به­نظر می‌رسد که رقم یاقوتی نسبت به ارقام دیگر به خشکی متحمل‌تر است. ولی از آنجا که این تحمل ناشی از مکانیزم‌های فعال در برگ می‌باشد، لازم است در زمان استفاده از این رقم به عنوان پایه آزمایش‌های تکمیلی انجام شود. کلمات کلیدی: پایداری غشاء، رنگیزه­های فتوسنتزی، فنل، محتوای نسبی آب برگ فصلنامه گیاه و زیست فناوری ایران               سال 1403، دوره 19، شماره 1، صص 11-1

Abstract In order to investigate the effect of drought stress on the physiological and biochemical traits of six grape cultivars, a factorial experiment was conducted based on a completely randomized design with three replications under greenhouse conditions. In this experiment, the treatments included six Khorasani  and shirazi grape varieties (Askari, Khalili, Yaquti, Pikami, Turkmen 4 and Suzak) and four levels of drought stress (normal conditions (100% of the farm capacity), low stress (75% of the farm capacity), medium stress ( 50% of farm capacity) and severe stress treatment (25% of farm capacity). The results showed that physiological and biochemical traits increased significantly with increasing stress intensity. On the other hand, the traits of relative leaf water content, membrane stability index, amount of photosynthetic pigments, and total phenol content decreased significantly with increasing stress intensity. Among the cultivars studied, the Yaqouti cultivar showed more resistance to drought than other grape cultivars in terms of the studied indices. According to the results of this research, it seems that Yaghuti cultivar is more drought tolerant than other cultivars. Since this tolerance located in leaf via active mechanisms, it is necessary to carry out additional tests when using Yaghuti as rootstock for scion of grapevine. Key words: Membrane Stability, Photosynthetic pigment, Phenol, Relative leaf water content   Iranian Journal of Plant & Biotechnology Spring 2024, Vol 19, No 1, Pp 1-11

 

 

مقدمه و کلیات

انگور با نام علمی ‌Vitis vinifera L. و از خانواد‌ه‌ی انگوسانان است. در این خانواده، 17جنس و 1000 گونه وجود دارد که ‌مهم‌ترین جنس این خانواده نیز جنس Vitis می­باشد (Keller, 2010). براساس اطلاعات برگرفته از آمارنامه‌ی محصولات باغبانی سال 1400، کشت انگور، پس از پسته در جایگاه دومین محصول با سطح کشت بالا قرار گرفته است که سهم زیادی در صادرات غیرنفتی کشور ایفا می­کند. سطح تاکستان­های باور کشور 282738 هکتار (218263 هکتار آبی و 64475 هکتار دیم) و تولیدی معادی 3389827 تن (3141837 تن آبی و 247990 تن دیم) می­باشد (احمدی و همکاران، 1400). بنابراین، انگور از جایگاه برجسته­ای در اقتصاد کشاورزی ایران برخوردار است. با این حال، قابلیت دسترسی به آب ‌مهم‌ترین عامل محدودکننده تولید این محصول در کشور است (اسدی وهمکاران، 1396). از میان تنش­های محیطی، خشکی دومین عامل اصلی کاهش عملکرد انگور بعد از عوامل بیماری زا ‌می‌باشد (مهری وهمکاران، 1393). عامل‌های محدودکننده‌ای همچون تنش خشکی که ناشی از شرایط تغییر اقلیم بوده از چالش‌های مهم باغبانی است و تلاش برای رویارویی و ارائه راه حل مناسب برای آن حائز اهمیت است (Beis and Patakas, 2015). تنش خشکی باعث بروز مشکلاتی مانند کاهش گل­انگیزی، پیری فیزیولوژیک، کوتاه شدن دوره رشد و در نهایت باعث افت عملکرد و از بین رفتن بوته‌های انگور می­شود (Bertamini et al., 2006). همچنین، خشکی سبب کاهش پتانسیل آب گیاه، بسته شدن روزنه‌ها و کاهش در میزان تعرق و فتوسنتز، تخریب پروتئین و دیگر خسارات ساختاری و تنظیمی میشود (Cooley et al., 2017). انگور از مکانیزم­های بیوشیمیایی-فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی برخودار است که آن را قادر به حفظ رشد و تولید در شرایط عادی و کمبود آب ‌می‌کند (طلایی و همکاران، 1390). این گیاه به دلیل داشتن آوندهای چوبی به نسبت بزرگ در مقایسه با سایر گیاهان به­عنوان گیاه نسبتا متحمل به خشکی در نظر گرفته ‌می‌شوند و این امر تا حدی است که اجازه بهبود سریع بوته­ها را پس از محدودیت‌های آبی فراهم ‌می‌کند (Hajiahmad, 2019). هر چند انگور از لحاظ تحمل به کم آبی، گونه‌ی متحملی به شمار ‌می‌آید اما تنش شدید ممکن است تأثیر قابل توجهی روی خصوصیات کیفی میوه دیگر محصول داشته باشد. خشکی شدید ممکن است منجر به کاهش عملکرد و اختلال در کیفیت حبه‌های انگور شود (Jalili Marandi et al., 2011). در نتیجه‌ی بروز تنش خشکی، کاهش رشد در همه‌ی ابعاد گیاه رخ ‌می‌دهد. تاکنون، سازوکارهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی مختلفی توسط محققان به منظور بررسی پاسخ ارقام انگور  به خشکی مورد استفاده قرار گرفته اند. برای مثال، Sorori و همکاران (2022) گزارش کردند که سازگاری گیاه انگور به تنش خشکی نتیجه تغییرات در بسیاری از مکانیسم های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی است که باعث تغییر در میزان نشت الکترولیت، RWC برگ، محتوای پرولین، مواد جامد محلول و سرعت فتوسنتز می­شود. رقم سفید بدون دانه دارای بیشترین RWC برگ، محتوای کلروفیل نسبی، محتوای کاروتنوئید و کمترین نشت الکترولیت بود. همچنین رقم گرمه با بیشترین میزان کلروفیل a و b از مقاوم‌ترین ارقام است. قادری و همکاران (1389) در مطالعه­ای بر روی ارقام انگور نشان دادند که محتوای آب نسبی همگام با افت بیشتر آب در خاک، به­طور معنی­داری کاهش می­یابد. همچنین، آنها نشان دادند که کاهش محتوای نسبی آب در اثر تنش خشکی باعث القاء تغییرات در خاصیت نفوذپذیری انتخابی در غشای سلولی می­شود که متعاقباً باعث افزایش در نشت الکترولیت‌ها می‌گردد (قادری و همکاران، 1389). همچنین، اسدی و همکاران (1396) در مطالعه­ای بر روی پاسخ ارقام انگور به خشکی نشان دادند که رقم مقاوم­تر به خشکی از شاخص پایداری غشا بیشتری نسبت به ارقام حساس دارد و لذا در برابر گونه­های فعال اکسیژن و بتاکسیداسیون اسیدهای چرب متحمل­تر است. مهری و همکاران (1393) نشان دادند که سطح قندهای محلول در ژنوتیپ­های مقاوم­تر بیشتر است که این پدیده می­تواند ریشه در تغییر بیان فاکتورهای رونویسی داشته باشد که بیان ژن­های درگیر در بیوسنتز قندهای محلول را کنترل می­کنند. همچنین، آنها اظهار داشتند که قندهای محلول به­عنوان یک پیام متابولیکی عمل ‌می‌کنند و موجب افزایش بیان ژن‌هاي مربوط به دفاع گیاه می­شوند. با توجه به آنچه گفته شد، اتخاذ رویکردهای مختلف به­منظور استفاده صحیح و بهینه از منابع آب و همچنین شناخت روابط آب در مراحل مختلف رشد، به همراه بررسی اثرات کمبود آب بر واکنش‌های بیوشیمیایی و فیزیولوژیک گیاه، از لحاظ سازوکارهای مقاومت، تحمل و سازگاری در رأس تحقیقات انگور قرار دارد. لذا هدف از این پژوهش، بررسی تغییرات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ژنوتیپ­های کاندید انگور در تنش ملایم، متوسط و شدید به­منظور شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل­تر به خشکی است به‌طوری که بتوان در برنامه­های آینده بهنژادی از آن‌ها بهره جست.

فرآیند پژوهش

این پژوهش در خراسان شمالی، شهرستان اسفراین (طول جغرافیایی 56، عرض جغرافیایی 36، ارتفاع از سطح دریا 1260 متر) در محیط گلخانه با میانگین دمای 27-30 درجه سانتی­گراد، انجام گرفت. مواد گیاهی شامل (عسگری، خلیلی، یاقوتی، پیکامی، ترکمن 4 و سوزک) از شرکت کشت و صنعت جوین تهیه و سپس به صورت نهال‌های ریشه­دار یکساله، در گلدان‌هایی به قطر دهانه 30 سانتی­متر قرار گرفتند. براي كشت ارقام، مخلوطي از خاك‌هاي رس، ماسه و ماده آلي به ترتيب با نسبت 1:1:2 تهیه شدند. آزمایش به­صورت فاكتوريل در قالب طرح كاملاً تصادفي در فصل تابستان سال 98-99 انجام شد. این مطالعه شامل چهار تیمار آبیاری کامل (رطوبت خاک در حد ظرفیت مزرعه)، تنش کم (رطوبت خاک در حد 75 درصد ظرفیت مزرعه)، تنش متوسط (رطوبت خاک در حد 50 درصد ظرفیت مزرعه) و تنش شدید (رطوبت خاک در حد 25 درصد ظرفیت مزرعه) با سه تكرار و در هر تكرار سه واحد آزمايشي (گلدان30 در 50) اجرا شد. تنش رطوبتي به­وسيله وزن كردن روزانه گلدان‌ها اعمال شد. به­طوري كه رطوبت گلدان‌هاي حاوي تيمار تنش کم در حد 75 درصد ظرفیت مزرعه، تنش متوسط در حدود 50 درصد ظرفيت مزرعه و تیمار تنش شدید، 25 درصد ظرفیت مزرعه حفظ شد. همچنین، درصد رطوبت در گلدان‌هاي بدون تنش در حد ظرفيت مزرعه حفظ شد. قابل ذكر است كه براي بدست آوردن ميزان آب لازم براي رسيدن به حد ظرفيت مزرعه از رابطه زير استفاده می‌گردد (Jalili Marandi et al., 2011):

   100* وزن خاک خشک شده در آون / (وزن خاك خشك شده در آون- وزن خاك در ظرفيت مزرعه)

در اين آزمايش به­منظور خارج كردن اثر افزايشي وزن گياه و كاهش خطا در تنظيم مقدار آب خاك به­روش وزني، از گلدان‌هاي فاقد گياه كه فقط حاوي خاك آزمايش و هم وزن با گلدان‌هاي اصلي هستند، استفاده شد تا اختلاف وزني گلدان‌هاي فاقد گياه و حاوي گياه، مقدار اثر وزن گياه را از آزمايش خارج كند و مقدار تنظيم رطوبت خاك گلدان‌ها بر اساس روش وزني باشد. جهت اندازه گیری RWC، از نمونه­های برگی 5 قطعه تهیه و سریعاً وزن تازه آنها تعیین شد. در ادامه، تکه­هاي برگ داخل آب مقطر به‌مدت 2-3 ساعت شناور شد. پس از این مدت، تکه­هاي برگ از آب مقطر خارج و سطح آنها به آرامی به‌وسیله دستمال کاغذي خشک و سریعاً وزن آماس آنها تعیین شد. بعد از آن، نمونه­ها به‌مدت 24 ساعت در دمای 80 درجه سانتی‌گراد در آون قرار داده شده و وزن خشک آنها گرفته شد (Sheng et al., 2010). بر اساس فرمول زیر، RWC برگ محاسبه شد:

(%) RWC = [(WF –WD) / (WT –WD)] ×100

که در آن، WD وزن خشک، WF وزن تر و WT وزن تورژسانس برگ است.

شاخص پایداري غشاء به­وسیله اندازه­گیري هدایت الکتریکی عصاره نشت شده از برگ­ها و بر پایه‌ی روش توصیف شده توسط Galmes و همکاران (2010) محاسبه شد. به­طور خلاصه، ابتدا 1/0 گرم نمونه برگ به اندازه­هاي یکسان تهیه و سپس در ظروف حاوي 50 میلی­لیتر آب مقطر قرار داده شد. بعد از آن نمونه­ها به­مدت 30 دقیقه در دماي 40 درجه سانتی‌گراد قرا داده شده و پس از سرد شدن در دماي اتاق هدایت الکتریکی (EC) آنها با استفاده از دستگاه هدایت سنج الکتریکی اندازه­گیري شد (به عبارتی C1). درادامه، نمونه­ها در حمام آب100 درجه سانتی‌گراد به‌مدت 15 دقیقه حرارت داده شده و به‌وسیله دستگاه هدایت سنج الکتریکی EC آن اندازه­گیري شد (به عبارتی C2). به طور کلی، MSI از فرمول ذیل بدست آمد:

(%) MSI = [1- (C1 / C2)] × 100

در راستای تعیین میزان کلروفیل­ها و کارتنوئیدها از روش Lichtenthaler و Buschmann (2001) استفاده شد. به­طور خلاصه، ابتدا 2/0 گرم برگ با 10 میلی­لیتر متانول 99 درصد در هاون چینی سائیده شده و سپس محلول حاصل به‌مدت 5 دقیقه در 3000 دور سانتریفیوژ شده و سپس جذب محلول رویی جهت تعیین میزان کلروفیل­ها و کارتنوئید توسط اسپکتروفتومتر در طول موج­هاي 653، 666 و 470 نانومتر قرائت شد. میزان کلروفیل b و a، کلروفیل کل (a+b) و میزان کارتنوئیدها از طریق معادله هاي زیر محاسبه شد: 

Chl a= 15.65 A666 – 7.340 A653

Chl b= 27.05 A653- 11.21 A666

Carotenoid= 1000 A470 -1.8 Chl a - 85.02 Chl b

غلظت ترکیبات فنلی طبق روش Isfendiyaroglu و Zeker (2002) تعیین شد بدین صورت که 1/0 گرم نمونه برگی با ازت مایع هموژن شده و 1 میلی­لیتر اتانول خالص به هر نمونه افزوده شد. بعد از سانتریوفیوژ با 3000 دور به‌مدت 15 دقیقه، 25 میکرولیتر عصاره، 1 میلی لیتر آب مقطر و 50 میکرولیتر معرف فولین شیکالتو مخلوط و بعد از 5 دقیقه استراحت، 300 میکرولیتر کربنات­سدیم 20 درصد به آن افزوده شد. بعد از گذشت 30 دقیقه، جذب نمونه­ها در طول موج 765 نانومتر با دستگاه اسپکتوفتومتر قرائت شد. برای تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها از نرم افزار SAS استفاده شد. همچنین، مقایسه میانگین به روش آزمون چند دامنه‌ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.

نتایج و بحث

نتایج تجزیه واریانس داده­ها در این مطالعه گویای تغییرات معنی­دار در محتواي آب نسبی برگ­ها در اثر ارقام، سطوح تنش و اثر متقابل تنش خشکی و رقم انگور در سطح پنج درصد بود. با افزایش سطح تنش از ظرفیت زراعی 100% تا ظرفیت زراعی 25%، محتواي آب نسبی برگ به­طور معنی­داری در ارقام انگور کاهش یافت. کمترین میزان RWC در سطح ظرفیت زراعی 75%، ظرفیت زراعی 50% و ظرفیت زراعی 25% به ترتیب متعلق به ارقام پیکامی، خلیلی و سوزک بود. با این­حال، رقم یاقوتی توانست محتوای نسبی آب را به میزان قابل توجهی طی سطوح مختلف تنش خشکی حفظ کند؛ بطوری که بیشترین محتوای آب نسبی را در سطوح ظرفیت زراعی 75%، ظرفیت زراعی 50% و ظرفیت زراعی 25% نسبت به سایر ارقام نشان داد (شکل 1). محتواي آب نسبی برگ یکی از صفات فیزیولوژیکی مناسب جهت بررسی الگوي پاسخ دستگاه فتوسنتز گیاه به خشکی می­باشد. با بروز تنش کم آبی، پتانسیل اسمزي در برگ­های انگور کاهش یافته و RWC برگ نیز کاهش می­یابد (Lovisolo et al., 2016). افت پتانسیل آب مانع از سنتز پروتئین، رشد اندام، تقسیم سلولی و فتوسنتز خالص در گیاهان می­شود (Hajiahmad, 2019). همچنین، محتواي آب نسبی برگ دارای رابطه مستقیمی با هدایت روزنه­اي است و به­سرعت بر آن اثر می­گذارد و این­گونه موجبات کاهش ظرفیت فتوسنتزی را فراهم می­کند (Jalili Marandi et al., 2011). بنابراین این گونه می­توان نتیجه گرفت که رقم انگور یاقوتی از توانایی بالایی در حفظ RWC برخودار است که در این توانایی، مکانیزم­های مثل کنترل هدایت روزنه­اي درگیر است. در توافق با یافته­های تحقیق، سوخت­سرایی و همکاران (1396) نشان دادند که میزان RWC با افزایش سطح تنش خشکی در انگور کاهش می­یابد. همچنین در توافق با نتایج پژوهش، اسدی و همکاران (1396) نیز مشاهده کردند که با افزایش شدت تنش، محتوای آب نسبی به­طور چشم­گیری در ژنوتیپ­های انگور کاهش می­یابد که میزان این کاهش وابسته به سازوکار مقاومتی ژنوتیپ است به­طوری که ارقام مقاوم­تر از سازوکار بستن روزنه به­منظور جلوگیری از هدررفت آبی استفاده می­کنند. سایر محققان نتایج مشابهی را در خصوص پاسخ ارقام انگور به خشکی از نظر محتوای نسبی آب گزارش کرده­اند (Cooley et al., 2017; Sorori et al., 2022).

 

 

شکل 1- محتوای آب نسبی برگ در ارقام مختلف انگور تحت شرایط آبی متفاوت

Fig 1- The leaf relative water content in the grapes varieties under different water conditions

 

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده­ها در این مطالعه گویای تغییرات معنی­دار در شاخص پایداری غشاء در اثر ارقام و سطوح تنش به ترتیب در سطح پنج و یک درصد بود. بر اساس مشاهدات ما، با افزایش سطح تنش از ظرفیت زراعی 100% به ظرفیت زراعی 25%، شاخص پایداری غشاء به­طور معنی­داری در ارقام مورد مطالعه انگور با کاهش همراه بود به­طوریکه شاخص پایداری غشاء تا 60 درصد کاهش یافت. کمترین میزان شاخص پایداری غشاء متعلق به رقم خلیلی و بیشترین میزان شاخص پایداری غشاء متعلق به رقم یاقوتی بود (شکل 2). تنش خشکی به نوبه خود منجر به انسداد روزنه‌ای و کاهش در سرعت تعرق، کاهش پتانسیل آب بافت‌های گیاهی، افت فتوسنتز و  رشد ‌می‌شود (Bertamini et al., 2006). در این شرایط گیاه نیازمند منفی‌تر کردن پتانسیل آب خود است تا توانایی جذب آب را داشته باشد در نتیجه باعث تشکیل رادیکال­های آزاد می­شود. رادیکال­های آزاد اکسیژن به نوبه خود باعث تضعیف پایداری غشا ‌می‌شوند (Cooley et al., 2017). همچنین، خشکی منجر به نشت یونی نیز می­شود که درنتیجه این امر، نفوذ پذیري غشاي سلولی افزایش می­یابد و محتویات داخل سلول به بیرون نشت خواهد کرد (Martin-StPaul et al., 2017). در توافق با مشاهدات تحقیق، سوخت­سرایی و همکاران (1396) نشان دادند که میزان پایداری غشا با افزایش سطح تنش خشکی در انگور کاهش می­یابد. با توجه به اینکه رقم یاقوتی از پایداری غشاء بیشتری نسبت به سایرین برخودار بود، لذا این احتمال وجود دارد که رقم یاقوتی از ظرفیت آنتی­اکسیدانت بیشتری برای حفظ پایداری غشاء برخودار می­باشد که در این ظرفیت، مکانیزم­های مثل سیستم آنتی­اکسیدانتی آنزیمی و غیرآنزیمی درگیر می­باشد. هم­راستا با یافته­های پژوهش، اسدی و همکاران (1396) نیز نشان دادند که ژنوتیپ­های مقاوم­تر انگور به تنش کم آبی از شاخص پایداری بالاتر غشا برخودار هستند و لذا از این شاخص می­توان به­منظور غربالگری تحمل ژنوتیپ­ها به خشکی در برنامه­های بهنژادی استفاده کرد.

 

 

شکل 2- شاخص پایداری غشاء در ارقام مختلف انگور تحت شرایط آبی متفاوت

Fig 2- The cell membrane stability in the grapes varieties under different water conditions

 

نتایج تجزیه واریانس داده­ها گویای تغییرات معنی­دار در محتواي کلروفیل a بخاطر اثر متقابل تنش خشکی و رقم انگور در سطح پنج درصد بود. با افزایش سطح تنش از ظرفیت زراعی 100% تا ظرفیت زراعی 75%، محتواي کلروفیل a برگ به­طور اندکی در ارقام انگور کاهش یافت اما در سطح ظرفیت زراعی 25%، افت محتواي کلروفیل a محسوس بود. در سطح ظرفیت زراعی 25%، کمترین مقدار کلروفیل a متعلق به ارقام پیکامی، ترکمن 4 و سوزک و بیشترین مقدار آن متعلق به رقم یاقوتی بود. همچنین، تجزیه واریانس داده­ها نشان داد که تغییرات معنی­دار در محتواي کلروفیل b و کارتنوئید در اثر سطوح تنش در سطح یک درصد وجود دارد. با افزایش شدت تنش خشکی از ظرفیت زراعی 100% به ظرفیت زراعی 25%، محتواي کلروفیل b و کارتنوئید به­طور معنی­داری در ارقام مورد بررسی انگور کاهش یافت به­طوری که محتواي کلروفیل b و کارتنوئید به­ترتیب 47 و 40 درصد کاهش یافتند (شکل 3). تغییرات کلروفیل و کارتنوئید طی تنش کم آبی از معیارهای تعیین میزان تحمل به تنش محسوب می­شوند (Chai et al., 2016). تنش خشکی باعث پیري زودرس انگور و تضعیف مکان اصلی حضور کلروفیل، یعنی غشاء کلروپلاست، می­شود. به­عبارتی، طی تنش کم آبی، غشاء کلروپلاستی از بین می­رود و صفحات کلروپلاستی تغییرشکل می­دهند (Chai et al., 2016). این موضوع می­تواند یکی از دلایل کاهش میزان کلروفیل در ژنوتیپ­های مورد بررسی در این مطالعه باشد. در توافق با مشاهدات تحقیق، سوخت­سرایی و همکاران (1396) نشان دادند که میزان کلروفیل با افزایش سطح تنش خشکی در انگور کاهش می­یابد و این امر عمدتاً به دلیل تخریب اندامک­های کلروپلاستی می­باشد. یکی از دلایل دیگر کاهش کلروفیل در ژنوتیپ­های مورد بررسی در این مطالعه را می­توان ناشی از رقابت در سنتز کلروفیل و پرولین دانست. این امر بدان دلیل است که این دو ماده داراي پیش ماده مشابه یعنی گلوتامین هستند. با بروز تنش خشکی، فعالیت آنزیم گلوتامات لیگاز براي سنتز کلروفیل افت کرده و در عوض آنزیم گلوتامین­کیناز براي تبدیل گلوتامین به پرولین فعال می­شود. هم راستا با یافته­های پژوهش، اسدی و همکاران (1396) و Sorori و همکاران (2022) نشان دادند که با افزایش سطح تنش خشکی میزان کلروفیل در انگور با کاهش مواجه می­شود که این کاهش می‌تواند در رقابت در سنتز کلروفیل و پرولین ریشه داشته باشد (اسدی وهمکاران، 1396). با توجه به آنچه گفته شد، رقم یاقوتی از مکانیزم­های مثل حفظ غشاء اندامک­های کلروپلاستی و همچنین بالانس مابین سنتز کلروفیل و پرولین بیشتری نسبت به سایر ژنوتیپ­های مورد بررسی در این مطالعه برخودار است.

 

 

 

 

شکل 3- محتوای رنگدانه­های فتوسنتزی در ارقام مختلف انگور تحت شرایط آبی متفاوت 

Fig 3- The photosynthetic pigments in the grapes varieties under different water conditions

 

تجزیه واریانس داده­ها نشان داد که تغییرات معنی­دار در محتوای فنول کل در اثر سطوح تنش در سطح پنج درصد وجود دارد. بر اساس مشاهدات حاصل از این مطالعه، با افزایش شدت تنش خشکی از ظرفیت زراعی 100% به ظرفیت زراعی 25%، محتوای فنول کل به­طور معنی­داری در ارقام انگور کاهش یافت به­گونه­ای که فنول کل تا 50 درصد کاهش یافت (شکل 4). در مطابقت با مشاهدات تحقیق، Esmaeilizadeh و همکاران (2018) نشان دادند که کاهش آب آبیاری باعث کاهش سطح ترکیبات فنلی و افزایش آب آبیاری باعث افزایش ترکیبات فنلی در ژنوتیپ­های انگور می­شود. علت کاهش ترکیبات فنلی تحت شرایط خشکی در این پژوهش احتمالاً ناشی از کاهش فعالیت آنزیم فنیل آلانین آمونیالیاز می­باشد. آنزیم فنیل آلانین آمونیالیاز در واقع آنزیم اصلی درگیر در تولید ترکیبات فنلی می­باشد که فعالیت آن در پاسخ به تنش های غیرزیستی و به خصوص خشکی تغییر می­کند و به­عنوان آنتی­اکسیدان عمل نموده و رادیکال­هاي آزاد اکسیژن را به دام می­اندازد. کاهش فعالیت این آنزیم احتمالاً به بیان فاکتورهای رونویسی درگیر در بیان ژن کدکننده آن برمی­گردد. در توافق با نتایج تحقیق، Haider و همکاران (2017) مشاهده کردند که خشکی باعث کاهش بیان فاکتورهای رونویسی می­شود که در بیان ژن فنیل آلانین آمونیالیاز درگیر هستند و کاهش بیان آنها متعاقباً منجر به کاهش بیان فنیل آلانین آمونیالیاز و کاهش تولید ترکیبات فنلی می­شود.

 

 

 

شکل 4- محتوای فنول کل در ارقام مختلف انگور تحت شرایط آبی متفاوت

Fig 4- The total phenol in the grapes varieties under different water conditions

 

نتیجه‌گیری کلی

با توجه به یافته­های مطالعه اخیر، ژنوتیپ­هایی که تحت تنش خشکی، دارای محتوای نسبی آب برگ، شاخص پایداری غشاء، میزان رنگدانه­های فتوسنتزی، محتوای فنول کل بالاتر می­باشند، ظرفیت بیشتری در تحمل خشکی دارند. درنتیجه، به نظر می­رسد که رقم یاقوتی نسبت به سایر ارقام انگور، تنش خشکی را به مراتب بهتر تحمل کند و لذا، براي کشت در مناطق با احتمال تنش خشکی توصیه می­شود.

منابع

1)       احمدی، ک.، عبادزاده، ح.ر.، حاتمی، ف.، محمدنیا افروزی، ش.، طاغانی، ر. و ش، یاری. 1400. آمارنامه کشاورزی سال 1399: محصولات باغبانی. مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات. معاون برنامه­ریزی و اقتصادی وزارت جهاد کشاورزی.

2)       اسدی، و.، رسولی، م.، غلا‌می، م. و م، ملکی. 1396. بررسی برخی ویژگی­های ریخت شناختی و فیزیولوژیک چهار رقم انگور (.Vitis vinifera L) در شرایط تنش خشکی. مجله علوم باغبانی ایران، 48(4): 990-997.

3)       سوخت­سرایی، ر.، عبادی، ع.، سلامی، س ع. و ح، لسانی. 1396. بررسی شاخص­های اکسیداتیو در سه رقم انگور (Vitis vinifera L.) در شرایط تنش خشکی. مجله علوم باغبانی ایران، 48: 98-85.

4)       طلایی، ع.ر.، قادری، ن.، عبادی، ع. و ح، لسانی. 1390. پاسخ­های بیوشیمیایی دو رقم انگور ساهانی و بیدانه سفید به تغییرات پتانسیل آب خاک. مجله علوم باغبانی ایران، 42: 301-308.

5)       قادری، ن.، طلایی، ع.، عبادی، ع. و ح، لسانی. 1389. تأثير تنش خشكي و آبياري مجدد بر برخي خصوصيات فيزيولوژيكي سه رقم انگور ساهاني، فرخي و بيدانه سفيد. مجله علوم باغبانی ایران، 41(2): 179-188.

6)       مهری، ح.ر.، قبادی، س.، بانی­نسب، ب.، احسان زاده، پ. و م، غلامی. 1393. بررسی برخی پاسخ­های فیزیولوژیک و مورفولوژیک چهار رقم انگور ایرانی (Vitis vinifera L.) به تنش خشکی در شرایط درون شیشه­ای. مجله فرآیند و کارکرد گیاهی، 10(3)، 115-126.

7)       Beis A. and A, Patakas. 2015. Differential physiological and biochemical responses to drought in grapevines subjected to partial root drying and deficit irrigation. European Journal of Agronomy, 62: 90-97.

8)       Bertamini, M., Zulini, L., Muthuchelian, K. and N, Nedunchezhian. 2006. Effect of water deficit on phostosynthetic and other physiological responses in grapevine (Vitis vinifera L. cv. Riesling) plants. Photosynthetica, 44: 151-154.

9)       Chai, Q., Gan, Y., Zhao, C., Xu, HL. and R.W, Askom. 2016. Regulated deficit irrigation for crop production under drought stress. A review. Agronomy for Sustainable Development, 36: 3-19.

10)       Cooley, N.M., Clingeleffer, P.R. and RR, Walker. 2017. Effect of water deficits and season on berry development and composition of Cabernet Sauvignon (Vitis vinifera L.) grown in a hot climate. Australian Journal of Grape and Wine Research, 23: 260–272.

11)       Esmaeilizadeh, M., Lotfi, A., Mirdehghan, S.H. and M, Shamshiri. 2018. Effects of irrigation intervals on some physiological and biochemical characteristics in four Iranian grapevine cultivars. Crops Improvement, 20: 3-14.

12)       Galmes, J., Flexas, J., Save, R. H. and H, Medrano. 2007. Water relations and stomatal characteristics of Mediterranean plants with different growth forms and leaf habits: responses to water stress and recovery. Plant and Soil, 290(1-2): 139-155.

13)       Haider, M.S., Zhang, C. and M.M, Kurjogi. 2017. Insights into grapevine defense response against drought as revealed by biochemical, physiological and RNA-Seq analysis. Scientific reports, 7: 13134.

14)       Hajiahmad, P. 2019. Physiological and biochemical response of three Iranian cultivars grapevine seedling ‘Bidane sefid’, ‘Chafte’ and ‘Yaghooti to drought stress. Journal of Plant Production Research, 26: 1-13.

15)       Isfendiyaroglu, M. and E, Zeker. 2002. The relation between phenolic compound and seed dormancy in Pistacia spp. In: AKB E (ed.). 11 Grema Serr Pistachios and Almond. Chieres Optins Mediterraneenes, 232 -277.

16)       Jalili marandi, R., Hassani, A., Dolati baneh, H., Azizi, H. and R, Haji taghiloo. 2011. Effect of different levels of soil moisture on the morphological and physiological characteristics of three grape cultivars (Vitis vinifera L.). Journal of Horticultural Science, 42: 31-40.

17)       Keller, M. 2010. The Science of Grapevines: Anatomy and Physiology. Burlington, MA: Academic Press

18)       Lichtenthaler, H.K. and C, Buschmann. 2001. Extraction of photosynthetic tissues: chlorophylls and carotenoids. Food Analytical Chemistry Protocoles, F4.3.1-F4.3.8.

19)       Lovisolo, C., Lavoie-Lamoureux, A., Tramontini, S. and Ferrandino, A. 2016. Grapevine adaptations to water stress: new perspectives about soil/plant interactions. Theoretical and Experimental Plant Physiology, 28: 53–66.

20)       Martin-StPaul, N., Delzon, S. and H, Cochard 2017. Plant resistance to drought depends on timely stomatal closure. Ecology Letters, 20: 1437–1447.

21)       Sheng, C.X., Yong, P.L., Jin, H., Ya, J.G., Wen, G.M., Yun, Y.Z. and J.Z, Shui. 2010. Responses of Antioxidant enzymes to chilling stress in tobacco seedlings. Agricultural Sciences in China, 9(11): 1594-1601.

22)       Sorori, Sh., Asgharzadeh, A., Marjani, A. and M, Samadi-Kazemi. 2022. Evaluation of Drought Stress Tolerance among some of Grape Cultivars Using Physiological and Biochemical Studies. Journal of Horticultural Science, 36(2): 373-388.