ارزیابی تغییرات صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در گونه‌های اجدادی و تکاملی گندم تحت تنش کم آبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، هیئت‌علمی گروه ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

آگاهی از تنوع ژنتیکی موجود در ارقام اهلی و خویشاوندان وحشی یک گونه گیاهی، در به‌کارگیری آن‌ها در برنامه-های اصلاحی از اهمیت زیادی برخوردار است. با توجه به اینکه بخش قابل‌توجهی از اراضی زیر کشت گندم در ایران در مناطق خشک قرارگرفته و اینکه گونه ­های گیاهی با راهبرد­های مختلفی ازجمله تغییر در آنزیم­های آنتی­ اکسیدانی، خود را با تنش­های محیطی وفق میدهند، لذا مطالعه هرچه بیشتر در رابطه با شناسایی گونه ­های مقاوم و نیز شناخت نوع سازوکار تحملی آن‌ها امری ضروری است. ازاین‌رو و به‌منظور بررسی اثر تنش خشکی بر محتوای رنگیزه­ های فتوسنتزی، وزن تر و خشک ریشه و اندام هوایی و فعالیت آنزیم ­های آنتی ­اکسیدان در پنج گونه اجدادی و تکامل‌یافته گندم از جنس Aegilops و Triticum، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در سه سطح آبیاری نرمال (100 درصد ظرفیت زراعی)، تنش متوسط (50 درصد ظرفیت زراعی) و تنش شدید (25 درصد ظرفیت زراعی) اجرا گردید. با مقایسه میانگین داده ­ها بیشترین میزان فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز، آسکوربات پراکسیداز و گایاکول پراکسیداز طی تنش شدید به ترتیب با میزان افزایش 80، 34، 84 و 29 درصدی نسبت به عدم تنش مشاهده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که گونه­ های T. aestivum و T. urartu ازنظر فعالیت SOD، گونه Aegiliops tauschii ازنظر CAT، گونه T. durum ازنظر APX و گونه Ae. speltoides ازنظر GPX به دلیل بیشترین افزایش فعالیت آنزیم­های ذکرشده در هر دو تنش متوسط و شدید جزء گونه ­های کاندید برای اصلاح به تحمل خشکی با مکانیسم آنتی‌اکسیدانی مربوطه محسوب می­شوند. مقدار کلروفیل کل در شرایط تنش متوسط و شدید به ترتیب کاهش 11.5 و 66 درصدی داشت، بااین‌وجود در دو گونه Aegiliops speltoides و T. durum کمترین میزان کاهش نسبت به شرایط نرمال مشاهده شد. میزان کارتنوئید با افزایش شدت خشکی کاهش یافت، اما این کاهش در گونه T. durum رخ نداده بلکه با شدت تنش بر میزان کارتنوئید که یک آنتی‌اکسیدان غیرآنزیمی نیز محسوب می­شود افزوده شد.

کلیدواژه‌ها


Bradford, M.M., 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 72, 248-254.

Bradford, K.J., Hsiao, T.C., 1982. Physiological response to moderate water stress. In: Laneg, O.L., Nobel, P. S., Osmond, C. B., Zeigler, Z. (eds.), Physiological Plant Ecology. II. Water relation and carbon assimilation Encyclopedia Plant physiques. Springer Vellage, Berlin and New York, pp. 263-324.

Bowler, C., Van Montagu, M., Inze, D., 1992. Superoxie dismutase and stress tolerance. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 43, 83-116.

Chen G.X., Asada, K., 1989, Ascorbate peroxidase in tea leaves: occurrence of two isozymes and the differences in their enzymatic and molecular properties. Plant Cell Physiology. 30, 987-998.

Damania, A. B., Hakim, S., Moualla, M.Y., 1992. Evaluation of variation in Triticum dicoccum for wheat improvement in stress environments. Hereditas. 116, 163-166.

Dhindsa R.S., Plump- Dhindsa, P., Thorpe, T.A., 1981. Leaf senescence: correlated with increased levels of membrane permeability and lipid peroxidation, and decreased levels of superoxide dismutase and catalase. Journal of Experimental Botany. 32, 93-101.

Dolatabadian, A., Modarres Sanavy, S.A.M., Sharifi, M., 2009. Effect of water deficit stress and foliar application of ascorbic acid on antioxidants enzymes activity and some biochemical changes in leaves of grain corn (Zea maize L.). Journal of Biology. 22(3), 407-422. [In Persian with English Summary].

Dulai, S., Molnar, I., Pronay, J., Csernak, A., Tarnai, R., Molnar-Lang, M., 2006. Effects of drought on photosynthetic parameters and heat stability of PSII in wheat and in Aegilops species originating from dry habitats. Acts Biologica Szegediensis. 50, 11-17.

Demiral, T., Turkan, I., 2004. Does exogenous glycine betaine affect antioxidative system of rice seedlings under NaCl treatment? Journal of Plant Physiology. 161, 1089-1100.

Farahani, A., Arzani, A., 2008. Study of genetic diversity of durum wheat genotypes with multivariate statistical analysis. Electronic Journal of Crop Production, 1(4), 51-64. [In Persian with English Summary].

Feller, U., 2004. Proteolysis. In: Feller, U. (eds.), Plant Cell Death Processes. Elsevier, pp. 107-123.

Fotouhi Qazvini, R., Heydari, M., Hashempour, A., 2011. Molecular Physiology and Biology of stress Tolerance in Plants. Jahad Daneshgahi of Mashhad, 360pp. [In Persian]

Gautam, P.P., Vara Prasad, P.V., Fritz, A.K., Kirkham, M.B.K., Gill, B., 2011. Response of Aegilops species to drought stress during reproductive stages of development. Functional Plant Biology. 39(1) 51-59.

Hardon, J.J., Vosman, B., Van Hintum, T.J.L., 1994. Identifying genetic resources and theirordination: The capabilities and limitations ofmodern biochemical and legal systems. Background Study Paper, No. 4. FAO, Roma, 20p.

Hassanpour, H., Niknam, V., 2014. Effect of drought stress on growth and activity of antioxidant Enzymes in Mentha pulegium L. in flowering. Process and Plant Function, 3(8), 25-34.

Hassanpour Lescokelaye, K., Ahmadi, J., Daneshyan, J., Hatami, S., 2012. Changes in chlorophyll, protein and antioxidant enzymes on durum wheat under drought stress. Journal of Crop Breeding, 7(15), 76-87. [In Persian with English Summary].

Hernandez, J.A., Jimenez, A., Mullineaux, P., Sevilla, F., 2000. Tolerance of pea (Pisum sativum L.) to long term salt stress is associated with induction of antioxidant defences. Plant, Cell Environment. 23, 853-862.

Herbinger, K., Tausz, M., Wonisch, A., Soja, G., Sorger, A., Grill, D., 2002. Complex interactive effects of drought and ozone stress on the antioxidant defence systems of two wheat cultivars. Plant Physiology and Biochemistry. 40, 691- 696.

Heidari Sharif-Abad, H., 2000. Plants, aridity and drought. Research Institute of Forests and Rangelans, Tehran, Iran, 200p. [In Persian]

Jung, S., 2004. Variation in antioxidant metabolism of young and mature leaves of Arabidopsis thaliana subjected to drought. Plant Science. 166, 459-466.

Kang, H. and Saltveit, M. 2002. Chilling tolerance of maize, cucumber and rice seedling leaves and roots are differentially affected by salicylic acid. Physiologia Plantarum. 115, 571-576.

Kauseri, R.H., Athar, U.R., Ashraf, M., 2006. Chlorophyll fluorescence: A Potential indicator for rapid assessment of water stress tolerance in Canola. Pakistan Journal of Botany. 38, 1501-1509.

Liu, W.J., Yuan, S., Zhang, N.H., Lei, T., Duan, H.G., Liang, H.G., Lin, H.H., 2006. Effect of waterstress on photosystem II in two wheat cultivars. Biologia Plantarum. 50, 597-602.

Maehly, A.C., Chance B., 1959.The assay of catalase and peroxidase. In: Glick, D., (ed.), Methods of Biochemical Analysis, Vol. 1 Inter-science Publishers, New York, NY, pp 357-425.

Molnar, I., Schneider, A., Molnar-Lang, M., 2005. Demonstration of Aegilops biuncialis chromosomes in a wheat background by genomic in situ hybridization (GISH) and identification of U chromosomes by FISH using GAA sequences. Cereal Research Communications. 33(4), 673-680.

Nogues, S., Baker, N.R., 2000. Effect of drought on photosynthesis in Mediterranean plant grown under enhanced uv- B radiation. Journal of Experimental Botany. 51, 1309-1317.

Noctor, G., Foyer, C.H., 1998. Ascorbate and glutathione: keeping active oxygen under control. Plant Molecular Biology. 49, 249-279.

Ranjan, R., Bohra S.P., Jeet, A.M., 2001. Plant senescence. Jodhpur Agrobios New York, 18-42.

Sairam, R.K., Shukla S.D., Saxena, D.C., 1998. Stress induced injury and antioxidant enzymes in relation to drought tolerance in wheat genotypes, Biologia Plantarum, 40(3), 357-364.

Sanitata, L., Gabbriella, R., 1999. Response to Cd in higher plants. Environment and Experimental Botany. 45, 105-130.

Schwars, K., Bertelsen, G., Nissen, L.R., Gardner, P.T., Heinonen, M.I., Hopia, A., 2001. Investigation of plant extracts for antioxidant assay based on radical scavenging, lipid oxidation and analysis of the principal antioxidant compounds. Food Research Technology. 212, 319-328.

Scott, N. S., Munns, R., Barlow, E.W.R., 1979. Polyribosome content in young and eged wheat leaves subjected to drought. Experimental Botany. 30, 905-911.

Smirnoff, N., 1998. Plant resistance to environmental stress. Current Opinion in Biotechnology. 9, 214-219.

Sies, H., Stahl, W., 1995. Vitamins E and C, β-carotene and other as antioxidants. American Journal of Clinical Nutrition, 62, 1315-1321.

Shah, N.H., Paulsen, G.M., 2003. Interaction of drought and high temperature on photosynthesis and grain-filling of wheat. Plant and Soil. 257, 219-226.

Souza, C.C., Oliveira, F.A., Silva, I.F., AmorimNeto, M.S., 2000. Evaluation of methods of available water determination and irrigation management in ‘‘terra roxa’’ under cotton crop. Revista Brasileira de Engenharia Agricola e Ambiental. 4, 338–342.

Tompson, J.E., Ledge, R.L., Barber, R.F., 1987. The role of free radicals in senescence and wounding. New Phytologist. 105, 317-344.

Turkan, I., Bor, M., Ozdemir, F., Koca, H., 2005. Differential responses of lipidperoxidation and antioxidants in the leaves of drought tolerant P. acutifolius Gray and drought sensitive P.vulgaris L. subjected to polyethylene glycol mediated water stress. Plant Science. 168, 223-231.

Upadhyaya, A., Sankhla, D., Davis, T.D., Sankhla, N., Smith, B.N., 1985. Effect of paclobutrazol on the activities of some enzymes of activated oxygen metabolism and lipid peroxidation in senescing soybean leaves. Journal of Plant Physiology. 121, 453-461.

Zhang, J.X., Kirkham, M.B., 1994. Drought stress induced changes in activities of superoxide dismutase, catalase, and peroxidase in wheat species. Plant Cell Physiology. 35, 785-791.

Zhuang, L., Chen, Y.N., 2006. Physiological responses of three contrasting plantspecies of groundwater level changes in aria environment. Integrative Plant Biology. 48, 520-110.