بررسی تأثیر تنش خشکی بر تجمع اسمولیت ها، رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی و رشد چند رقم و لاین ارزن دم روباهی (Setaria italica L.)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل و کارشناس ارشد آموزشی دانشگاه بیرجند

2 استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل

3 دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل

4 دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند

5 استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل.

چکیده

مقدمه
 تنش خشکی از مهم‌ترین فاکتورهای محدودکننده رشد و تولید گیاهان محسوب می‌شوند و منجر به کاهش بیش از 50 درصدی در میانگین تولید اکثر محصولات در سرتاسر جهان می­شود. یک استراتژی سودمند به‌منظور اجتناب از وارد آمدن خسارات تنش خشکی به گیاهان کاشت گیاهان مقاوم به خشکی است. یک پیشنهاد مناسب و متداول استفاده از گیاهان چهارکربنه نظیر ارزن است که مقاومت نسبتاً زیادی به کمبود آب دارد. تنش خشکی خصوصیات فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی نظیر تنظیم‌کننده‌های اسمزی، محتوی کلروفیل، ارتفاع بوته و طول خوشه را تحت تأثیر قرار می‌دهد. شناخت مبانی فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی مقاومت به تنش در این گیاه و ارتباط آن‌ها با عملکرد می‌تواند کمک زیاد به شناخت و توسعه کاشت گیاهان مقاوم به خشکی نماید. هدف از این آزمایش بررسی تأثیر تنش خشکی بر برخی خصوصیات فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی در سه رقم ارزن است.
مواد و روش‌ها
 این تحقیق در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند در سال زراعی 93-92 به‌صورت کرت‌های خردشده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با چهار تکرار اجرا شد. سطوح مختلف تنش خشکی شامل تأمین 50، 75 و 100 درصد نیاز آبی (به ترتیب تنش شدید، تنش متوسط و بدون تنش) به‌عنوان عامل اصلی و ارقام ارزن دم­روباهی (شامل رقم باستان و لاین­های kfm5وkfm20) به‌عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد. اندازه­گیری اسمولیت­ها و رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی در 30 و 45 روز بعد از اعمال تنش انجام شد. خصوصیات مورفولوژیکی، عملکرد و اجزای آن در زمان رسیدگی و بلوغ اندازه­گیری شد. تجزیه‌وتحلیل داده­ها با استفاده از نرم‌افزار آماری SAS 9.1و مقایسه میانگین با استفاده از آزمون توکی در سطح معنی­داری 5% انجام شد
نتایج
نتایج نشان داد که در مراحل مختلف رشد تنش خشکی منجر به افزایش پرولین، کربوهیدرات‌های محلول و کاهش رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی و کارتنوئیدها در مقایسه با تیمار شاهد گردید. تنش خشکی باعث کاهش ارتفاع بوته، طول میانگره و طول خوشه، تعداد خوشه در مترمربع، تعداد دانه در خوشه و وزن هزار دانه و عملکرد را در مقایسه با تیمار شاهد کاهش داد ولی تأثیری بر تعداد گره نداشت. بالاترین و کمترین عملکرد دانه 461/88 و 171/08 گرم در مترمربع به ترتیب مربوط به تیمار بدون تنش و تنش شدید بود. این نتایج دلالت بر آن دارد که ارتفاع بوته، طول سنبله، تعداد دانه در سنبله و وزن هزار دانه تأثیر مثبت بر عملکرد دانه در ارزن دارد و افزایش آن‌ها باعث افزایش عملکرد دانه شد. بر طبق نتایج بدست آمده کاهش ارتفاع، اسمولیت­های سازگار و کارتنوئیدها مکانیزم­های سازگاری و مقاومت به خشکی محسوب می­شوند.

کلیدواژه‌ها


Abbad, H., Jafari, E.L., Bort, S.A., Araus, J.L., 2004. Comparative relationship of the flag leaf and the ear photosynthesis with the biomass and grain yield of durum wheat under a range of water conditions and different genotypes. Agronomy. 24, 19-28.

Ajithkumarand, P., Panneerselvam, R., 2013. Osmolyte accumulation, photosynthetic pigment and growth of setaria italica under droght stress. Asian Pacific Journal. 2, 220-224.

Alizadeh, O., Majidi, I., Nadian, H., Nour-Mohammadi, G., Amerian, M., 2007. Effect of water stress and nitrogen rate of yield and component of Maize. Journal of Agriculture Science Islamic Azad University. 13, 427-434. [In Persian with English summary].

Andualem, W., Tadesse, D., 2011. Correlation and path coefficient analyses of some yield related traits in finger millet  germplasms in northwest Ethiopia. African Journal of Agricultural Research. 6(22), 5099-5105

Anjum, F., Yaseen, M., Rasul, E., Wahid, A., Anjum, S., 2003. Water stress in barley, effect on chemical composition ond chlorophyll content. Pakistan Journal of Agriculture Science. 40, 45-49

Akram, M., 2011.Growth and yield component of wheat under water stress of different growth stages. Bangladesh Journal of Agriculture Resource. 36, 455-468.

Ashraf, M., 2007. Role of glysine betain and protein in improving plant abiotic stress resistance. Environmental and Experimental Botany. 59, 206-216

Bukhat, N.M., 2005. Studies in yield and yield associated traits of wheat genotype under drought conditions. M.Sc Thesis department Agronomy. Sindth Agriculture University, Tandojam. Pakistan

Bates, L.S., Waldron, R.P., Teare, I.D., 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil. 39, 205-208.

Boyer, JS., 1988. Cell enlargement and growth induced water potential. Physiologia Plantarum. 73(2), 311-316

Channappagoudar, B.B., Hiremath, S.M., Biradar, N.R., Koti, R.V., Bharamagoudar, T.D., 2008. Physiological basic of yield variation in foxtail millet. Karnataka Journal of Agriculture Science. 20, 481-486.

Choi, WY, Kang, SY, Park, HM, Kim, SS, Lee, KS, Shin, HT., 2000. Effect of water stress by PEG on growth and physiological traits in rice seedling. Korean Journal of Crop Science. 45, 112-117.

Choudhary, NL., 2005. Expression of deltal-pyrroline-5-carboxylate synthetase gen during drought in rice. India Biochemistry and Biophysics. 42, 366-370.

Davoodi, N., Seghateslami, M.J., moosavi, S.GH., Azari Nasrabad, A., 2013. The effect of foliarapplication of nano-zinc oxide on yileld and water use efficiency in Foxtall Millet in drought stress conditions. Environmetaln Stresses in Crop Sciences. 6, 37-46. [In Persian with English summary].

Dencic, S., Kastori, R., Kobilgsky, B, Duggan, B., 2000. Evaluation of grain yield and its component in wheat cultivar and land races under near optimal and drought conditions. Euphytica. 113(1), 43-52

Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D., Basra, S.A.M., 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and management. Agronomy and Sustainable Development. 29, 185-212.

Fang, Z., Boukamp, J.C., Solomos, T., 1998. Chlorophyll activities and chlorophyll degradation durinf leaf senescence in on yellowing mutant and wild type of Phaseolus vulgaris. Journal of Experimental Botany. 49, 503-510

Gupta, N.K., Gupta S., Kumar, A., 2001. Effect of water stress on physiological attributes and their relationship with growth and yield in wheat cultivar at different growth stages. Journal of Agronomy. 86, 1437-1439

Heidari zooleh, H., Jahansooz, M.R., Yunusa, I., Hosseini, S.M.B., Chaichi, M.R., Jafari, A.A., 2011. Effect of alternate irrigation on root-divided Foxtail Millet. Australian Journal of Science. 5, 205-213.

Hui-Ping, D., Chan-juan, Sh., An-Zhi, W., Tuxi, Y., 2012. Leaf senescence and photosynthesis in foxtail (Setaria italica L.) varieties exposed to drought conditions. Australian Journal of Crop Science. 6(2), 232-237.

Jaleel, C., Manivannan, P., Wahid, A., Farooq, M., Somasundaram, R., 2009. Drought stress in plant: A review on morphological characteristics and pigments composition. International Journal of Agriculture and Biology. 11, 100-105

Kafi, M., Borzoee, A., Salehi, M., Kamandi, A., Masoumi, A., Nabati, J., 2010. Physiology of Environmental Stresses in Plants. Ferdowsi University of Mashhad publication. 502p.[In Persian].

Kariola, T., Brader, G., Li, J., Palva, E.T., 2005. A damage control enzyme, effects the balance between defense pathway in plant. The Plant Cell. 17, 282-294.

Khazanedari, L., Zabol Abbasi, F., Ghandhari, Sh., Kouhi, M., Malbousi, Sh., 2009. Drouhjt prediction in Iran next 30 years. EMS Annual Meeting Abstract,Vol 6.

Keshavars, L., Farahbakhsh, H., Golkar, P., 2012. Effects of drought stress and absorbent polymer on morph-physiological traits of Pear Millet. International Research Journal of Applied and Basic Science. 3, 148-154.

Keshavars, L., Farahbakhsh, H., Golkar, P., 2013. Effects of different irrigation and superabsorbent levels on physio-morphological traits and forage yield of Millet. American-Eurasian Journal of Agriculture and Environment Science. 13, 1012-1018.

Khazaei, H,R., Mohammad abadi, A,A., Borzooei, A., 2002. The effect of drought stress on morphological and physiological characteristics of millets. Iranian Journal of Field Crop Research. 3(1), 35-44. [In Persian with English summary].

Lata, C., Sarita, J.H., Prasad, M., Sreenivasulu, N., 2011. Differential antioxidative responses to dehydration-induced oxidative stress in core set of foxtail millet cultivars. Protoplasma. 248, 817-828

Liu, H.P., Dong, B.H., Zhang, Y.Y., Liu, Z.P., and Liu, Y.L., 2004. Relationship between

 osmotic stress and the levels of free, conjugated and bound polyamines in leaves of wheat seedlings. Plant Science, 166, 1261-1267.

Lovisolo, C., Schuber, NK., 1998. Effect of water stress on vessel size xylem hydrolic conductivity in vicia. Journal of Experimental Botany. 1998, 693-700

Mahalakshmi, V., Bidinger, F.R., 1985. Flowering response of pearl millet to water stress during panicle development. Annals of Applied Biology. 106, 571-578

Maqsood, M., Azam Ali, S.M., 2007. Effect of environment stress on growth radiation use effiviency and yield of finger millet. Pakistan Journal of Botany. 39, 463-474.

Mark, T., Antony, B., 2005. Abiotics stress tolerance in grasses from model plants to crop plants. Plant Physiology. 137, 791-793.

Mattews, K.B., Reddy, D.M., Ranj., Peacock, J.K., 1990. Response of four Sorghum lines to mid-season drought. I. Growth, water use and yield. Field Crop Research. 25, 279-296.

Mohamad khani, N., Heidari, R., 2008. Drought-induced accumulation of soluble sugars and prolin in two maize varieties. World Applied Sciences Journal. 3, 448-453.

Mohammadi, R., Haghparast, R., 2011. Evaluation of rainfed promising wheat breeding lines on farmers field in west of Iran. International Journal of Plant Breeding. 5, 30-36

Moosavi, Gh., Mirhadi, M., Saadat, A., 2011. Effect of deficit-irrigation and nitrogen levels on yield and water use efficiency of sorghum and pearl millet (Pennisetum). Journal of Modern Science. 5, 101-114.

Nageswara, R.R.C., Talwar, H.S., Wright, G.C., 2001. Rapid assessment of specific leaf area and leaf nitrogen in peanut (Arachis hypogaea L.) using chlorophyll meter. Journal of Agronomy and Crop Science, 186(3), 175-182.

Nakhaei, A., Arazmjo,E., Abbasi, M.R., 2011. Determination of terminal drought tolerant accessions in millet by drought tolerance indices. Environmental Stresses in Crop Sciences.5, 115-124. [In Persian with English summary].

Osborn, C.P., Frekleton, R.P., 2009. Ecological selection pressures for C4 photosynthesis in the grasses. Proceedings of Royal Society Botany. 276, 1753-1760.

Panneerselvam, M., 2009. Drought stress in plants: a review on morphological characteristics and pigments composition. International Journal of Agricultural Biology. 11, 100-105.

Razmjoo, K., Heidarizadeh, P., Sabzalian, M.R., 2008. Effect of salinity and drought stresses on growth parameter and essential oil content of Matricaria chamomile. Journal of Agriculture and Biology. 10, 451-454.

Reddy, A. R., Ramachandra, R. K., Chaitanya, V., Vivekanandan, M., 2004. Drought induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants. Journal of Plant Physiology. 161, 1189-1202.

Sairam,R.K., Saxena, D.C., 2000. Oxidative stress and antioxidant in wheat genotypes: possible mechanism of water stress tolerance. Journal of Agronomy and Crop Science, 184, 55-61.

Santhakamar, G., 1999. Correlation and path analysis in Foxtail Millet. Journal of Maharashtra Agriculture University. 24.

Schlegel, H.G., 1956. Die Verwertung organischer sauren durch chlorella in lincht. Plant. 47, 510-515.

Seghatoleslami, M.J., Kafi, M., Majidi, E., 2008. Effect of deficit irrigation of yield, WUE and some morphological and physiological traits of three millet species. Pakistan Journal of Botany. 40, 1555-1560.

Shooshi Dezfooli, A., Mehrani, A., 2011. Investigation of correlation between yield and component yield in Foxtail Millet species. Journal of Agronomy Science.41, 413-421. [In Persian with English summary].

Siles, M.M., Ken Russell, W., David, D., Lenis, A., 2004. Heterosis for grain yield and other agronomic traits in Foxtail Millet. Crop Science. 44, 1960-1965.

Singh, Kp., 2001. Effect of water stress and seed germnation and seedling growth of some wheat genotype. Jrusted Journal of Millennium Acta Plant Science. 14, 23-26

Tatar, O., Gevrek, MN., 2008. Influence of water stress on proline accumulation, lipid peroxidation and water content of wheat. Asian Journal Plant Science. 7, 409-412

Trovato, M., Mattioli, R., Costantino, P., 2008. Multiple role of prolin in plant stress tolerance and development. Rendiconti Licei 19, 325-346.

Tuinstra, M.R., Grote, E.M., Goldsbrough, P.B., Ejeta, G., 1997. Genetic analysis of postflowering drought tolerance and components of grain development in Sorghum bicolor  Moench. Molecular Breeding. 3, 439–448.

Van osterom, E.J., Hammer, G.L., 2008.Determination of grain number in sorghum. Field Crop Research, 108, 259-268.

Vitkauskaite, G., Venskaityte, L., 2011. Differences between C3 (Hordeum vulgare L.) and C4 (Panicum miliaceum L.) plants with respect to their resistance to water deficit. Agriculture. 98(4), 349-356.

Wright, G.C., Nageswara, R.C., Farquhar, G.D., 1994. Water use efficiency and carbon isotop discrimination in peanut under water deficit conditions. Crop Science, 34, 92-97.

Xoconstle-Cazares, B., Ramirez-Ortega, F.A., Flores-Lenes, L. and Ruiz-Medrano, R., 2010. Drought tolerance in crop plants. American Journal of Plant Physiology, 5, 214–256.

Zhang, J., Kirkham, M.B., 1995. water relations of water stressed, split-root C4 (Sorghum binocolor) and C3 (Helianthus annus) plants. American Journal of Botany. 82, 1220-1229.