بررسی خصوصیات تحمل به خشکی در لاین گندم جهش‌یافته در مراحل جوانه زنی و گیاه بالغ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری رشته کشاورزی هسته ای، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 دانشیار گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 استادیار گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

4 عضو هیئت‌علمی پژوهشکده تحقیقات کشاورزی، پزشکی و صنعتی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، کرج، ایران.

چکیده

مقدمه
پیش­ بینی افزایش جمعیت جهان به حدود 8 میلیارد تا سال 2030، چالش­های عمده­ای را برای بخش کشاورزی در تأمین امنیت غذایی ایجاد می­نماید (Smol, 2012). گندم یکی از غلات اصلی محسوب می­شود که برای تغذیه­ بخش عظیمی از جوامع انسانی استفاده می­شود. آرد گندم مهم­ترین آرد مورد مصرف برای تولید نان در ایران است (Nour-Mohamadi et al., 2009). امروزه کمبود آب یکی از چالش­های مهم برای رشد گیاه در کل جهان محسوب می­شود. استراتژی­های زیادی برای اصلاح گیاهان به تنش خشکی به کار گرفته می­شود، در این میان پرتوتابی رهیافت مناسبی برای بهبود سطح تنوع ژنتیکی در کوتاه­مدت به نظر می­رسد. این مطالعه برای تعیین پاسخ لاین جهش­یافته­ی T65588 (حاصل پرتوتابی گاما روی رقم طبسی) به تنش خشکی پی­ریزی شده است.
مواد و روش­ها
تعدادی از صفات در دو مرحله­ جوانه ­زنی و گیاه بالغ در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار موردبررسی قرار گرفتند.
یافته­ ها  نتایج تجزیه واریانس در آزمایش جوانه­ زنی نشان داد که اثرتنشخشکی برای کلیه­ صفات و اثر ژنوتیپ برای نرخ جوانه‌زنی و طول ساقه­چه و طولریشه­ چه با احتمال یک درصد معنی­ دار بود. همچنین معنی­دار شدن اثر متقابلتنشدرژنوتیپ در صفات نرخ جوانه­ زنی و طول ساقه­ چه و طولریشه­ چه و وزن خشک ساقه­ چه نشانمی­دهدکه عکس‌العملژنوتیپ­هانسبتبهتغییرات پلی­ اتیلن­ گلیکولیکساننبودهاست. نتایج تجزیه واریانس صفات مربوط به نگهداری آب تفاوت بسیار معنی­ داری (1 درصد) بین ژنوتیپ­ها در کل صفات موردبررسی را نشان داد. اثرتنشخشکی برای صفات مقدار احتباس آب در برگ (ELWR) و محتوای نسبی آب (RWC) و همچنین اثر متقابل ژنوتیپ × تنش خشکی به‌غیراز محتوای نسبی آب (RWC) برای سایر صفات معنی­ دار بود. مقایسه میانگین در سطح آماری 5 درصد نشان داد لاین جهش­ یافته­ T65588 در خصوصیات مربوط به جوانه ­زنی و همچنین صفات مربوط به نگهداری آب در گیاه بالغ نسبت به ژنوتیپ والدی­ طبسی در شرایط تنش خشکی برتری دارد.
نتیجه­ گیری
به‌طور کل نتایج نشان داد که لاین جهش‌یافتهی T65588 نسبت به واریته­ والدی خود (طبسی) در مورد تمام صفات موردبررسی در مرحله جوانه­ زنی شامل نرخ جوانه­ زنی، طول ریشه­ چه و طول ساقه­ چه و وزن خشک ریشه­ چه و وزن خشک ساقه­ چه خصوصیات تحمل بیشتری به خشکی از خود نشان داده است. RWC ارتباط نزدیکی با حجم سلول دارد، لذا این پارامتر می­تواند توازن بین آب فراهم‌شده‌ی برگ و میزان تعرق را منعکس نماید (Farquhar et al., 1989). اسکانفلد و همکاران(1988) در شرایط تنش خشکی روند کاهشی در مقدار RWC در گندم را گزارش نمودند، لیکن در مطالعات آن‌ها بالاترین مقدار RWC در ژنوتیپ متحمل مشاهده شد. تنش خشکی منجر به کاهش حدود 40% در RWL در لاین جهش‌یافته­  T65588 گردید (p < 0.05)که می­تواند نشان­دهنده­  مکانیسم­های بازدارنده­ی اتلاف آب تحت شرایط خشکی باشد. تحقیقات زیادی نشان داده ­اند که میزان پایین اتلاف آب (RWL) از برگ­های جداشده به مقاومت به خشکی مرتبط است و می­تواند به‌عنوان یکی از شاخصه­ های غربال در برنامه ­های اصلاحی کاربرد داشته باشد (Winter et al., 1988). نتایج این تحقیق با یافته­ های Goleatani Araghi and Asad, 1998 مطابقت دارد که کاهش در میزان RWL را در گندم در تنش خشکی گزارش نمودند. کاهش شدید در مقدار RWL در لاین جهش‌یافته و تفاوت معنی­دار آن با رقم طبسی می­تواند مؤید کارایی بیشتر مصرف آب در ژنوتیپ جهش‌یافته­ی T65588 باشد.طبق نتایج تنش خشکی منجر به افزایش ELWR گردید که این پدیده می­تواند توسط مکانیسم­­ های نگهداری آب تحت شرایط خشکی با پیچیدن برگ یا کاهش سطح برگ رخ داده باشد (Lonbani and Arzani, 2011). بر اساس پیشنهاد Lonbani and Arzaniدر بین پارامترهای مرتبط به آب در گیاه ELWR می­تواند بهترین مشخصه برای انتخاب غیرمستقیم عملکرد در گیاه باشد. این صفت وراثت پذیر است (Clarke and Townley-Smith, 1986) و در جمعیت­های بزرگ به‌آسانی می­توان آن را برآورد نمود (Dhanda and Sethi, 1998). مقدار افزایش در ELWR در لاین جهش‌یافته­  T65588 در مقایسه با واریته­  والدی آن (طبسی) بیشتر و معنی­دار بود که می­تواند مصداق دیگری برای ادعای برتری لاین جهش‌یافته در شرایط تنش خشکی باشد.

کلیدواژه‌ها


Bewley, J.D., Black, M., 1994. Seeds, Physiology of Development and Germination. New York: Plenum Press. 445p.

Clarke, J.M., Townley-Smith, T.F., 1986. Heritability and relationship to yield of excised leaf water retention in durum wheat. Crop Science. 26, 289-292.

Dhanda, S.S., Sethi, G.S., 1998. Inheritance of excised-leaf water loss and relative water content in bread wheat (triticum aestivum). Euphytica. 104, 39-47.

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.

El_Tayeb, M.A., 2006. Differential Response of Two Viciafaba Cultivars to Drought: Growth, Pigments, Lipid, Peroxidation, Organic Solutes, Catalase, and Peroxi_dase Activity, Acta Agronomy. Hung. 54, 25–37.

Farquhar, G.D., Wong, S.C., Evans, J.R., Hubick, K.T., 1989. Photosynthesis and gas exchange. In H.G. Jones., Flowers, T.J., Jones, M.B., (eds), Plants under stress. Cambridge University Press, pp 47-69.

Farooq, S., Azam, F., 2002. Co-existence of salt and drought tolerance in Triiceae. Hereditas 135, 205-210.

Flexas, J., Niinemets, U., Galle, A., Barbour, M.M., Centritto, M., 2013. Diffusional conductances to CO as a target for increasing photosynthesis and photosynthetic water-use efficiency. Photosynthesis Research. 117, 1–3.

Fleury. D., efferies, S.J., Kuchel, H., Langridge, P., 2010. Genetic and genomic tools to improve drought tolerance in wheat. Journal of Experimental Botany 61(12): 3211-3222.

Foley, J.A., Ramankutty, N., Brauman, K.A., Cassidy, E.S., Gerber, J.S., Johnston,M., Mueller, N.D. 2011. Solutions for a cultivated planet. Nature. 478, 337–342.

Golestani Araghi, S., Assad, M.T., 1998. Evaluation of four screening techniques for drought resistance and their relationship to yield reduction ratio in wheat. Euphytica. 103, 293–299.

Geravandia, M., E. Farshadfara., D. Kahrizi, 2011. Evaluation of some physiological traits as indicators of drought tolerance in bread wheat genotypes. Russian Journal of Plant Physiology. 58, 69–75.

Gunes, A., Inal, A., Adak, M.S., Bagci, E.G., Cicek, N., Eraslan, F., 2008. Effect of drought stress implemented at pre- or post-anthesis stage on some physiological parameters as screening criteria in chickpea cultivars. Russian Journal of Plant Physiology. 55, 59–67.

Hooshmandpanah, Z., Alamzadeh, A., Nakhoda, B., Kazemini, S.A and Heidari, B., 2010. Breeding of bread wheat cultivar "Shiraz" to tolerate drought stress using Gama irradiation. MSc dissertation, Faculty of Agriculture, University of Shiraz, Iran. [In Persian with English Summary].

Jajarmi, V., 2012. Effect of drought stress on germination indices in seven wheat cultivars (T. aestivum L.). Agronomy and plant Breeding. 8(4), 183-192.

Kaufman, M.R., Eckard, A.N., 1971. Evaluation of water stress control by polyethylene glycols by analysis of guttation. Plant Physiology. 47, 453-456.

Kouchaki, A., 1989. Aspects of drought tolerance in sorghum. Journal of Agricultural Science and Technology. 2(2), 81-77.

Lonbani, M., Arzani, A., 2011. Morpho-physiological traits associated with terminal drought stress tolerance in triticale and wheat. Agronomy Research. 9(1–2), 315–329.

Macar, T.K., Turan, O., Ekmekci, Y., 2009. Effects of water deficit induced by PEG and NaCl on chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars and lines at early seedling stages. G.U. Journal of Science. 22, 5-14.

Maguire, J.D., 1962. Speed of germination-aid in selection and evaluation for seedling emergence and vigour. Crop Science. 2, 176–177.

Marjani, A., Farsi, M., Rahimizadeh, M., 2004. Investigation of drought tolerance of ten pea genotypes in seedling stage using polyethylene glycol 6000. Journal of Agricultural Sciences. 12(1), 17-29.

Martin, M.A., Brown, J.H., Ferguson, H., 1989. RWC and leaf water potential differentiated drought tolerant and drought susceptible genotypes of barly. Agronomy Journal. 81, 100-105.

Merah, O., 2001. Potential importance of water status traits for durum wheat improvement under Mediterranean conditions. Journal of Agriculture Science. 137, 139-145.

Nour-Mohamadi G, Siadat A, Kashani A. 2009. Agronomy, Vol. 1: Cereal crops. Shahid Chamran University press. Iran-Ahwaz. 446 p.

Rauf, S., Sadaqat, H.A., 2008. Identification of physiological traits and genotypes combined to high achene yield in sunflower (Helianthus annuus L.) under contrasting water regimes. Australian Journal of Crop Science. 1, 23-30.

Ritchie, S.W., Nguyen, H.T., Holaday, A.S., 1990. Leaf water content and gas exchange parameters of two wheat genotypes differing in drought resistance. Crop Science. 30, 105–111.

Schonfeld, M.A., Johnson, R.C., Carver, B.F., Mornhinweg, D.W., 1988. Water relations in winter wheat as drought resistance indicators. Crop Science. 28, 526–531.

Silva, M.A., Jifon, J.L., Da Silva, J.A.G., Sharma, V., 2007. Use of physiological parameters as fast tools to screen for drought tolerance in sugarcane. Brazilian Journal of Plant Physiology. 19, 193-201.

Smol, J.P., 2012. Climate Change: A planet in flux. Nature. 483, S12–15.

Takel, A., 2000. Seedling emergence and growth of sorghum genotypes under variable soil moisture deficit. Agronomy Journal. 48, 95-102.

Winter, S.R., Musik, J.T., Porter, K.B., 1988. Evaluation of Screening Technique for Breeding Drought-resistant Winter Wheat. Crop Science. 28, 512-516.

Yang, R. C., Jana, S. J., Clark, M., 1991. Phenotypic diversity and associations of some potentially drought-responsive characters in durum wheat. Crop Science. 31, 1484–1491.