تأثیر متانول بر شاخص های جوانه زنی و رشد گیاهچه ای لوبیا (Phaseolus vulgaris cv. COS16) در شرایط تنش خشکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه لرستان.

2 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه لرستان

3 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان.

چکیده

مقدمه                      
لوبیا در بسیاری از کشورهای درحال‌توسعه به‌عنوان یکی از منابع مهم پروتئین گیاهی محسوب می­شود. در ایران سطح زیر کشت لوبیا حدود 240 هزار هکتار با عملکرد متوسط 150 کیلوگرم در هکتار می­باشد. جوانه ­زنی یک مرحله مهم در چرخه زندگی گیاه است و می­تواند تأثیر بسزایی در میران تولید و عملکرد گیاهان داشته باشد. کیفیت جوانه­ زنی بذر تأثیرات قابل‌توجهی بر صفات رشدی گیاه در مراحل بعد از جوانه­ زنی، اشغال آشیان­های اکولوژیکی و محدوده جغرافیایی گیاه دارد. گزارش شده است که جوانه­ زنی بذرهای حبوبات ازجمله لوبیا تحت تأثیر مستقیم شرایط نامطلوب محیطی مانند تنش­های خشکی و شوری قرار دارد. در تحقیقات مختلفی، کاربرد متانول به‌عنوان یک منبع کربن برای بهبود رشد و عملکرد گیاهان زراعی در شرایط تنش خشکی توصیه شده است. کاربرد خارجی متانول به‌طور مستقیم با فرآیند­های متابولیکی رشد و نمو گیاه و همچنین با فرآیند­های مرتبط با مکانیسم­های دفاعی از قبیل فعال شدن ژن­های درگیر در بیوسنتز اسید جاسمونیک مرتبط است. برخی مطالعات نشان داده­ اند که مصرف متانول می­تواند کارایی جذب عناصر غذایی را به‌خصوص در شرایط مواجهه گیاه با تنش­های محیطی بهبود بخشد. با توجه به اینکه گزارش­های متعددی در ارتباط با تأثیر مثبت متانول بر فاز رویشی گیاهان در ایران وجود دارد، بااین‌وجود مطالعات اندکی در زمینه اثر متانول بر شاخص­های جوانه­زنی وجود دارد. هدف اصلی این تحقیق بررسی اثر متانول بر شاخص­های جوانه­ زنی بذر­های لوبیا (رقم COS16) تحت تنش خشکی می­باشد.

مواد و روش ­ها                          

به‌منظور بررسی اثرات احتمالی متانول بر بهبود تحمل به خشکی لوبیا در مرحله جوانه ­زنی آزمایشی در قالب فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار در آزمایشگاه فیزیولوژی گیاهی دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان انجام شد. فاکتورهای مورد بررسی شامل سطوح مختلف محلول متانول شامل شاهد (بدون متانول)، 10، 20 و 30 درصد حجمی و نیز سه سطح تنش خشکی (0، 3- و 6- بار) بودند. تنش خشکی با استفاده از پلی­اتیلن گلایکول 6000 در دمای 25 درجه سانتی­گراد و طبق معادله میچل و کافمن اعمال شد. بازدید از نمونه ­ها به‌طور روزانه یک‌بار و به مدت 14 روز انجام شد و در هر بازدید تعداد بذرهای جوانه‌زده (دارای طول ریشه­چه 3 میلی­متر) ثبت شدند. در روز پایانی آزمایش، ریشه­چه­ ها و ساقه­چه ­ها از بذور جدا شدند و مهمترین شاخص­های جوانه­ زنی نظیر سرعت و درصد جوانه­ زنی، طول ساقه­چه و ریشه­چه، وزن خشک ساقه­ چه و ریشه­ چه، سطح ریشه­ چه و آندوسپرم مصرفی اندازه ­گیری شد.
نتایج و بحث                             

نتایج تجزیه واریانس داده­ ها نشان داد که تنش خشکی و کاربرد متانول تأثیر معنی­ داری بر سرعت و درصد جوانه­ زنی، طول ساقه­ چه و ریشه ­چه، وزن خشک ساقه­ چه و ریشه­ چه، سطح ریشه­ چه و آندوسپرم مصرفی داشت. نتایج مقایسه میانگین­ها در اثرات متقابل نشان داد که در تمامی سطوح تنش خشکی، مصرف سطوح 20 و 30 درصد حجمی متانول منجر به کاهش معنی­ دار شاخص­های جوانه­ زنی لوبیا شد. اعمال تنش خشکی 6- بار منجر به کاهش معنی ­دار درصد و سرعت جوانه‌زنی، وزن خشک ریشه‌چه، وزن خشک ساقه­ چه، طول ریشه‌چه، طول ساقه­ چه، سطح ریشه­ چه و آندوسپرم مصرفی در مقایسه با تیمار بدون تنش شد. درمجموع، نتایج پژوهش کنونی نشان داد که کاربرد متانول در مرحله جوانه­ زنی نه‌تنها در کاهش اثرات منفی ناشی از تنش خشکی نقشی نداشت، بلکه در شرایط بدون تنش خشکی نیز بر شاخص‌های جوانه‌زنی لوبیا اثر منفی بر جا گذاشت.
نتیجه ­گیری                              
در این مطالعه نتایج نشان داد که محلول آبی متانول در تمامی تیمارهای تنش خشکی (0، 3- و 6-) منجر به کاهش معنی­دار تمامی شاخص­های موردبررسی در گیاه لوبیا شد. با توجه به تحقیقاتی که نشان می‌دهند متانول در مراحل گیاهچه­ ای و گلدهی در گیاهان مختلف باعث افزایش محصول و عملکرد می­شود اما در مطالعه حاضر که برای اولین بار انجام شد، مشاهده شد که محلول آبی متانول علاوه بر اینکه در کاهش اثرات منفی ناشی از تنش خشکی بر جوانه­ زنی گیاه لوبیا نقشی نداشت، بلکه به‌تنهایی منجر به کاهش شاخص­های جوانه­ زنی شد.

کلیدواژه‌ها


Agrawal, R.L., 1991. Seed Technology. Second edition, Oxford and IBH press. New York and London, 445 pp.

Ahmadpour, R., Hosseinzadeh, S.R., Armand, N., 2016 Evaluation of Methanol role in reducing the negative effects of water deficit stress in lentil (Lens culinaris Medik.). Journal of Plant Process and Function. 5 (17), 1-13. [In Persian with English Summary].

Ahmadpour, R., Hosseinzadeh, S.R., Armand, N., Fani, E., 2015. Effect of methanol on germination characteristics of lentil (Lens culinaris Medik.) under drought stress. Iranian Journal of Seed Research. 2, 83-96. [In Persian with English Summary].

 

Albrecht, S.L., 1995. Effects of foliar ethanol application on crop yield. Crop Science. 35, 42-46.

Auld, D.L., Bettis, B.L., Crock, J.E., Kephart, K.D., 1988. Planting date and temperature effects on germination, emergence, and seed yield of chickpea (Cicer arietinum L.). Journal of Agriculture. 80, 909-914.

Bagheri, A., Mahmoudi, A., Ghezeli, F., 2001. Common Bean: Research for Crop Improvement. Publications Jahad University of Mashhad. [In Persian].

Bibi, N., Hameed, A., Ali, H., Iqbal, N., Haq, M.A., Atta, B.M., Shah, T.M., Alam, S.S., 2009. Water stress induced variations in protein profiles of germinating cotyledons from seedlings of chickpeas genotypes. Pakistan Journal of Botany. 41, 731-736.

David, C., 2010. The effect of gibberellins (GA3 and GA47) and ethanol on seed germination of Rosa eglanteria and Rosa glauca. Journal of Plant Growth Regulation. 41, 1-10.

De, F., Kar, R.K., 1994. Seed germination and seedling growth of mung bean (Vigna radiate) under water stress induced by PEG-6000. Seed Science and Technology. 23, 301-304.

Donohue, K., Rubio De Casas, R., Burghardt, L., Kovach, K., Willis, C.G., 2010. Germination, post germination adaptation, and species ecological ranges. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 41, 293-319.

Downie, A., Miyazaki, S., Bohnert, H., John, P., Coleman, J., Parry, M., Haslam, R., 2004. Expression profiling of the response of Arabidopsis thaliana to methanol stimulation. Journal of Phytochemistry. 65, 2305–2316.

Fabian, A., Jager, K., Barnabas, B., 2008. Effects of drought and combined drought and heat stress on germination ability and seminal root growth of wheat (Triticum aestivum L.) seedlings. Journal of Acta Biological. 52, 157-159.

Gamze, O.K.U., Mehmet Demir, K.A.Y., Mehmet A.T.A., 2005. Effects of salt and drought stresses on germination and seedling growth of pea (Pisum sativum L.). Turkish Journal of Agriculture. 29, 237-242.

Gan, Y.T., Miller, P.R., Stevenson, F.C., McDonald, C.L., 2002. Seedling emergence, pod development and seed yields of chickpea and dry pea in a semi arid environment. Canadian Journal of Plant Science. 82, 531-553.

Gout, E., Albert, S., Blingy, R., Rebeille, P., Nonomura, A.R., 2000. Metabolism of methanol in plant cells. Plant Physiology. 123, 287-296.

Hosseinzadeh, S.R., Amiri, H., Ismaili, A., 2016. Effect of vermicompost fertilizer on photosynthetic characteristics of chickpea (Cicer arietinum L.) under drought stress. Photosynthetica. 54 (1), 87-92.

Hosseinzadeh, S.R., Salimi, A., Ganjeali, A., 2011. Effects of foliar application of methanol on morphological characteristics of chickpea (Cicer arietinum L.) under drought stress. Environmental Stresses in Crop Sciences. 4, 140-150. [In Persian with English Summary].

Hosseinzadeh, S.R., Salimi, A., Ganjeali, A., Ahmadpour, R., 2014. Effects of foliar application of methanol on photosynthetic characteristics chlorophyll fluorescence and chlorophyll content of chickpea (Cicer arietinum L.) under drought stress. Iranian Journal of Plant Biology. 5(18), 115-132. [In Persian with English summary].

Kafi, M., Nezami, A., Hosaini, H., Masomi, A., 2005. Physiological effects of drought stress by polyethylene glycol on germination of lentil (Lens culinaris Medik.) genotypes. Iranian Journal of Field Crops Research. 3, 69-80. [In Persian with English summary].

Khalid, M.N., Iqbal, H.F., Tahir, A., Ahmad A.N., 2001. Germination potential of chickpeas (Cicer arietinum L.) under saline condition. Journal of Biology Science. 4, 395-396.

Liga, M.V., Eraso I., Sturte, G.W., 2003. Effect of ethanol on the growth and development. Seed Science and Technology. 21, 427-435.

Masoumi, A., Kafi, M., Khazaei, H.R., 2008. Chickpea (Cicer arietinum L.) germination responses to water stress induced by polyethylenglycol 6000. Iranian Journal of Field Crops Research. 1(2), 453-462. [In Persian with English summary].

Mehrafarin, A., Naghdi Badi, H., Noormohammadi, G., Zand, E., Rezazadeh, S., Qaderi, A., 2011. Effects of environmental factors and methanol on germination and emergence of Persian Fenugreek (Trigonella foenum-graecum L.). African Journal of Agricultural Research. 6(19), 4631-4641.

Michael B.E., Kaufman M.R., 1976. The osmotic potential of polyethylenglycol-6000. Plant Physiology. 51, 914-916.

Nadali, I., Paknejad, F., Moradi, F., Vazan, S., 2010. Effect of Methanol on Yield and Some Quality Characteristics of Sugar Beet (Beta vulgaris L.) cv. Rasoul in Drought and Non-Drought Stress Conditions. Journal of Seed and Plant Improvement. 26, 95-108. [In Persian with English summary].

Nonomura, A.M., Benson, A., 1997. The path of carbon in photosynthesis: improved crop yields with methanol. National Academy Science. 89, 9794-9798.

Opoku, G., Davies, F.M., Zetrio, E.V., Camble, E.E., 1996. Relationship between seed vigor and yield of white beans (Phaseolos vulgaris L). Journal of Plant Variety Seed. 9, 119-125.

Pahlevani, A., Rashed, M.H., Ghorbani, R., 2008. Effects of environmental factors on germination and emergence of Swallowwort. Journal of Weed Technology. 22, 303-308. [In Persian with English summary].

Rahbarian, R., Khavari-nejad, R., Ganjeali, A., Bagheri, A.R., Najafi, F., 2012. Drought stress effect on germination and seedling for drought tolerance in chickpea genotypes (Cicer arietinum L.) under control condition. Iranian Journal of Field Crops Research. 10(3), 522-531. [In Persian with English summary].

Ramberg, H.A., Bradley, J.S.C., Olson, C., Nishio, J.N., Markwell, J., Osterman, J.C., 2002. The role of methanol in promoting plant growth. Plant Biochemistry and Biotechnology. 1, 113-126.

Tigabu, M., Oden, P.C., 2001. Effect of scarification, gibberellic acid and temperature on seed germination of two albizia species from Ethiopia. Seed Science and Technology. 29, 11-20.

Zeng, Y.J., Wang, Y.R., Zhang, J.M., 2010. Is reduced seed germination due to water limitation a special survival strategy used by xerophytes in arid dunes. Journal of Arid Environments. 74, 508-511.