بررسی فیزیولوژیك تحمل به تنش كم آبی در ژنوتیتهای بهاره كلزا در 35 صفحه ورد قابل ویرایش
چكیده
به منظور بررسی اثر تنش كمآبی در مرحله رشد زایشی بر صفات زراعی و فیزیولوژیك ژنوتیپ‌های كلزا، آزمایشی به صورت كرت‌های خرد شده در قالب طرح پایه بلوك‌های كامل تصادفی در چهار تكرار در سال 1382 در مزرعه تحقیقاتی مؤسسه تقحیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر كرج اجرا شد. در این آزمایش، آبیاری به عنوان عامل اصلی در دو سطح آبیاری معمول براساس 80 میلی تبخیر از تشتك كلاس A (شاهد) و تنش كمآبی (قطع آبیاری از مرحله ساقه‌دهی به بعد تا مرحله بلوغ فیزیولوژیكی) و ژنوتیپ‌های بهاره كلزا به عنوان عامل فرعی در 10 سطح شامل اوگلا، نوزده- اچ، هایولا 401 (كانادا)، هایولا 401 (صفی‌آباد)، هایولا 401 (برازجان)، سین-3، هایولا 420، آپشن 500، هایولا 308 و كوانتوم بودند. نتایج حاصل نشان داد كه قطع آبیاری از مرحله ساقه‌دهی به بعد، تأثیر نامطلوبی بر فعالیت‌های رشدی، عملكرد و اجزاء عملكرد داشت. در میان اجزاء عملكرد دانه، كاهش وزن هزار دانه (8 درصد) و به ویژه تعداد دانه در خورجین (3/11 درصد)، بیشترین سهم را در كاهش عملكرد دانه (16 درصد) ژنوتیپ‌های بهاره كلزا در شرایط تنش كمآبی دارا بودند. ژنوتیپ‌ها در شرایط تنش كمآبی میزان آمینواسید پرولین بالاتری در برگ داشتند، در حالی كه میزان محتوای نسبی آب برگ و میزان كلروفیل b, a و كل در آنها پایین‌تر بود. كمآبی، نسبت كلروفیل a به b را افزایش داد كه این امر ناشی از كاهش بیشتر میزان كلروفیل b نسبت به كلروفیل a بود. میزان پرولین تجمع یافته در برگ در شرایط تنش كمآبی، بیان‌گر میزان خسارت وارده به ژنوتیپ‌ها بوده و ارتباطی با تحمل به تنش نداشت. همچنین، كاهش میزان محتوای نسبی آب برگ در ژنوتیپ‌های حساس به كمآبی بیشتر بود. ژنوتیپ‌هایی كه در شرایط تنش كمآبی، محتوای نسبی آب برگ خود را به میزان بالاتری حفظ نمودند، عملكرد دانه بالاتری را تولید نمودند. بر پایه نتایج، این گونه استنباط می‌شود كه ژنوتیپ‌های سین- 3، نوزده- 1چ، هایولا 420، هایولا 401 (برازجان) و هایولا 401 (كانادا) با شاخص تحمل به تنش بالاتر نسبت به سایر ژنوتیپ‌های مورد بررسی، سازگاری مناسب‌تری با تنش كمآبی داشتند و توانستند هم در شرایط آبیاری معمول و هم تنش كمآبی، میزان عملكرد دانه بالاتری را تولید نمایند. در مقابل، ژنوتیپ هایولا 308، بیشترین حساسیت را به كم آبی در میان ژنوتیپ‌های مورد بررسی دارا بود.
واژه‌های كلیدی: ژنوتیپ‌های كلزا- عملكرد و اجزای عملكرد- تنش كم آبی- پرولین- كلروفیل- محتوای نسبی آب برگ.
مقدمه
در حدود 40 درصد از اراضی كره زمین در مناطق خشك و نیمه خشك قرار دارند
(Meigs, 1953). در این مناطق، آب محدودیت اصلی بوده و خشكی از جمله مهمترین عوامل القاء كننده تنش در گیاهان زراعی به حساب می‌آید. متأسفانه كمبود آب، تنها به این مناطق محدود نشده و گاهی در سایر نقاط هم توزیع نامنظم باران دوره‌های دشواری را برای رشد گیاه ایجاد می‌نماید. چنین تنشی بر روی عملكرد محصول اثر گذاشته و اغلب باعث ایجاد افت در آن می‌گردد. در شرایط تنش خشكی، پتانسیل آب برگ و مقدار آن نسبی برگ (LRWC) كاهش پیدا كرده و فرآیندهایی نظیر فتوسنتز، توسعه برگ و نیز تراكم و اندازه روزنه‌ها تحت تأثیر قرار می‌گیرند
(Sierts et al., 1987; Sloan et al., 1990).
كاهش رطوبت در مراحل حساس زیستی گیاه، تغییرات و دگرگونی‌هایی را ایجاد می‌نماید. ماهیت دینامیك وضعیت آبی گیاه، در برگیرنده وابستگی اثرات تنش خشكی به عواملی مانند شدت، دوام و زمان تنش در طول انتوژنی و نیز سایر متغیرهای محیطی است كه این امر پیچیدگی خاصی را در پاسخ گیاه ایجاد می‌كند (Chavan et al., 1990). بدین ترتیب، مقاومت و یا تحمل خشكی از جنبه‌های فیزیولوژیك و اصلاحی مهم تلقی می‌شود. در این راستا، هدایت روزنه كمتر، توانایی برداشت آب از خاكی با رطوبت كم، حفظ پتانسیل آب و میزان آب نسبی برگ (Blum and Mayer, 1999) از طریق ریشه‌های عمیق و منشعب، تورم مثبت برگ در پتانسیل‌های آبی پایین و فرآیندهای مرتبط با تورم و تجمع امینواسیدهایی همچون پرولین، بتائین و … در گیاه جهت تنظیم اسمزی، جزء ساز و كارهای مهم محسوب می‌گردند (Fukei and Cooper, 1995; Kumar and Singh, 1998; Niknam and Turner, 1999).
زراعت كلزا در میان دانه‌های روغنی، با توجه به شرایط آب و هوایی ایران پدیده‌ای جدید به شمار آمده و نقطه امیدی برای تأمین روغن مورد نیز محسوب می‌شود (بی‌نام، 1377). دانه‌های كلزا دارای درصد قابل توجهی روغن (45- 40 درصد) بوده و منبع با ارزش برای تأمین روغن خوراكی و نیز مصارف صنعتی می‌باشد. همچنین، پس از استخراج روغن، كنجاله آن از 26 تا 44 درصد پروتئین به طور معمول برخوردار است. كلزا نیز همانند بسیاری از گیاهان زراعی روغنی از تنش كمآبی متأثر می‌شود و بسته به وضعیت آبی در مراحل ویژه‌ای از فنولوژی خود به ویژه دوره رشد زایشی، كمیت و كیفیتش تحت تأثیر قرار می‌گیرد. علت این امر به احتمال زیاد تغییر در تظاهر ژن‌های كنترل كننده صفات كیفی دانه می‌باشد (Strocher et al., 1995). در بررسی تیمارهای تنش خشكی (تنش در ابتدای رشد رویشی، اواخر رشد رویشی، مرحله گل‌دهی) بر روی ارقام كلزا مشاهده شد كه تنش خشكی به طور معنی‌داری تعداد خورجین در هر گیاه، تعداد دانه در هر خورجین و عملكرد دانه را كاهش داد. كاهش عملكرد دانه عمدتاً از طریق كاهش تعداد خورجین در گیاه و بذر در هر خورجین بود. كمترین تعداد خورجین و دانه در خورجین مربوط به گیاهان تنش دیده در مرحله گل‌دهی بود. كاهش وزن دانه نیز در تیمارهای تنش خشكی اعمال شده در اواخر دوره رشد بیشتر بود. كاهش سطح برگ نیز فقط در تیمارهای تنش در اواخر رشد رویشی و گل‌دهی مشاهده شد. در بررسی پایداری غشاء سلولی در شرایط خشكی مشاهده شد كه این عامل نسبت به گیاهان شاهد بالاتر است. این افزایش به نظر می‌رسد كه یك نوع مكانیزم سازگاری جهت تحمل به تنش خشكی در كلزا باشد. درجه حرارت برگ نیز در گیاهان تنش دیده 1 تا 2 درجه سانتی‌گراد نسبت به شاهد بالاتر بود. درجه حرارت بالاتر برگ، نشانه هدایت روزنه‌ای پایین‌تر و تبادل گازی كمتر در برگ كلزا می‌باشد. كاهش عمكلرد دانه مربوط به كاهش در هدایت روزنه‌ای و فتوسنتز برگ بود. به نظر می‌رسد كه تنش خشكی به مدت 4 تا 5 روز در طی رشد رویشی برای عملكرد دانه كلزا كمتر مضر باشد چون گیاهان تا حد زیادی بهبود می‌یابند. در مقابل، تنش خشكی دیرهنگام، به دلیل عدم بهبود كافی منجر به كاهش بیشتر عملكرد دانه می‌شود (Hashem et al., 1998). پتانسیل عملكرد دانه در كلزا در هنگام اعمال تنش خشكی و تنش‌های حرارتی بالا به هنگام دوره گل‌دهی و مراحل قبل از آن نسبت به دیگر مراحل رشدی، كاهش بیشتری می‌یابد. در كلزا، دوره رشد زایشی (اواخر تشكیل جوانه تا ابتدای تشكیل بذر)، حساس‌ترین مرحله به تنش آبی و درجه حرارت بالا است. كلزا عادت رشدی نامحدودی داشته و می‌تواند در شرایط تنش خشكی به طور ذاتی بهبود یابد. این بهبود از طریق افزایش شاخه‌دهی و افزایش كارایی خورجین‌های باقی مانده صورت می‌گیرد. در بررسی اثر تیمارهای حرارتی و رطوبتی (تنش آبی بالا، آبیاری تا 50 درصد آب موجود خاك و تنش آبی ملایم، آبیاری
نتایج و بحث
نتایج تجزیه واریانس میزان پرولین در برگ نشان داد كه بین سطوح آبیاری، ارقام و اثر متقابل آنها، اختلاف معنی‌داری در سطح یك درصد آماری وجود داشت (جدول 2). آمینواسید پرولین در شرایط آبیاری معمول نیز در برگ‌های كلزا مشاهده گردید ولی در شرایط تنش كمآبی میزان آن در برگ‌ها افزایش یافت. نتایج مقایسه میانگین سطوح آبیاری نشان داد كه تنش كمآبی اعمال شده در دوره رشد زایشی در كلزا سبب افزایش میزان پرولین در برگ از میزان 980/11 میكرومول در گرم وزن تر برگ در شرایط آبیاری معمول به میزان 593/90 میكرومول در گرم وزن تر برگ گردید. در مقایسه ژنوتیپ‌ها، بیشترین میزان پرولین در برگ با میانگین 40/121 میكرومول در گرم وزن تر برگ مربوط به رقم هایولا 308 و كمترین میزان آن با میانگین 15/19، 39/19 و 19/78 میكرومول در گرم وزن تر برگ به ترتیب به ارقام آپشن 500، هایولا 401 (كانادا) و هایولا 401 (صفی‌آباد) تعلق داشت (جدول 3). نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری و رقم نیز نشان داد كه بیشترین میزان پرولین در برگ با میانگین 10/225 میكرومول در گرم وزن تر برگ مربوط به رقم هایولا 308 در شرایط تنش كم آبی و كمترین میزان آن با میانگین 436/6 میكرومول در گرم وزن تر برگ مربوط به رقم هایولا 401 (صفی آباد) در شرایط آبیاری معمول بود. همچنین، بیشترین میزان پرولین در برگ در شرایط آبیاری معمول با میانگین 93/20 میكرومول در گرم وزن تر برگ مربوط به رقم هایولا 420 بود. كمترین میزان پرولین در شرایط تنش كم آبی نیز با میانگین 23/24 و 49/24 میكرومول در گرم وزن تر برگ به ترتیب به ارقام هایولا 401 (كانادا) و آپشن 500 تعلق داشت (جدول 4). تجمع بیشتر آمینواسید پرولین در شرایط تنش كمآبی، توسط پژوهش‌گران زیادی گزارش گردیده است(Girousse et al., 1996; Voleti et al., 1998). اشرف و محمود (1990) نیز با اعمال تنش آبی 24 ساعته و انجام آبیاری به مدت 2 الی 4 ساعت در گونه‌های كلزا مشاهده كردند كه در تمامی گونه‌ها، ساخت آمینواسید پرولین در شرایط تنش تحریك و افزایش می‌یابد. همچنین مشخص شد كه تنظیم اسمزی (OA)، مكانیزم احتمالی تحمل به خشكی از طریق تركیبات ایجاد كننده فشار اسمزی مانند پرولین در گونه‌های جنس براسیكا باشد (Ashraf and Mehmood, 1990). تجمع این تركیبات در سلول‌های گیاه باعث ایجاد پتانسیل اسمزی منفی‌تر گردیده و در نتیجه، گیاه به منظور جبران آب سلولی، فشار اسمزی سیتوپلاسم را افزایش داده و از طریق تنظیم اسمزی (OA)، با تنش مقابله می‌كند (Aspinall, 1990). نظرات مختلفی در رابطه با افزایش میزان تولید پرولین به عنوان یك عامل جهت ایجاد مقاومت به خشكی و تحمل به تنش مطرح شده است. ارتباط میان این دو پارامتر هنوز در حال بررسی است. در این بررسی به نظر می‌رسد كه تجمع پرولین آزاد در برگ‌ها ارتباطی با مقاومت به كم آبی یا تحمل به تنش ندارد. بلكه میزان انباشت آن در برگ‌ها، میزان خسارت وارده از تنش را نشان می‌دهد. دیپاك و واتال (1995) نیز در آزمایشات گلخانه‌ای خود به منظور بررسی اثر رژیم‌های مختلف رطوبتی خاك بر روی فاكتورهای متابولیكی در رابطه با عملكرد كلزا در زمان گل‌دهی نشان دادند كه میزان یون نیترات و اسید آمینه پرولین در برگ‌ها در شرایط تنش كم آبی افزایش می‌یابد. همچنین در این آزمایش مشاهده شد كه تجمع پرولین، میزان خسارت وارده از تنش را نشان داده و میزان انباشت آن ارتباطی با تحمل به تنش نداشت (Deepak and Wattal, 1995). همچنین، نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد كه بین سطوح آبیاری و ارقام، اختلاف معنی‌داری در سطح یك درصد از نظر میزان كلروفیل a، b و كل وجود داشت در حالی كه اثر متقابل آبیاری و رقم از نظر میزان كلروفیل b, a و كل معنی‌دار نبود (جدول 2). تنش آبی اعمال شده، سبب كاهش میزان كلروفیل a از 29437/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ در شرایط آبیاری معمول به میزان 25847/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ و همچنین، كاهش كلروفیل b و كل به ترتیب از میزان 14085/0 و 43579/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ در شرایط آبیاری معمول به میزان 09858/0 و 35699/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ گردید. در مقایسه ژنوتیپ‌ها، بیشترین میزان كلروفیل a با میانگین 3450/0 میلی‌گرم و همچنین، بیشترین میزان كلروفیل b و كل به ترتیب با میانگین 1427/0 و 4688/0 میلی‌گرم در وزن تر برگ مربوط به رقم نوزده- اچ بود. كمترین میزان كلروفیل a نیز به ترتیب با میانگین 2470/0، 2473/0، 2525/0، 2580/0، 2621/0 و 2747/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ به ارقام سین- 3، هایولا 401 (كانادا)، آپشن 500، هایولا 401 (برازجان)، اوگلا و هایولا 401 (صفی‌آباد) تعلق داشت. كمترین میزان كلروفیل b و كل به ترتیب با میانگین 09008/0 و 3375/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ مربوط به رقم هایولا 401 (صفی آباد) بود. نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل آبیاری و رقم نیز نشان داد كه بیشترین میزان كلروفیل a با میانگین 3622/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ مربوط به رقم هایولا 420 در شرایط آبیاری معمول و كمترین میزان آن با میانگین 2185/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ به رقم هایولا 401 (كانادا) در شرایط تنش كمآبی تعلق داشت. بیشترین میزان كلروفیل a نیز در شرایط تنش آبی با میانگین 3279/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ به رقم هایولا 420 تعلق داشت. بیشترین میزان كلروفیل b نیز در شرایط تنش كمآبی به ترتیب با میانگین 1222/0 و 1180/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ به ارقام هایولا 420 و نوزده- اچ تعلق داشت (جداول 3 و 4). همچنین، بیشترین میزان كلروفیل كل با میانگین 1543/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ به رقم نوزده-اچ در شرایط آبیاری معمول و كمترین میزان آن نیز با میانگین 2981/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ به رقم هایولا 401 (كانادا) در شرایط تنش كم آبی تعلق داشت. رقم هایولا 420 نیز بیشترین میزان كلروفیل كل را در شرایط تنش كم آبی با میانگین 4449/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر برگ به خود اختصاص داد. (جدول 4). به نظر می‌رسد كه دلیل كاهش میزان كلروفیل در شرایط تنش كم آبی، افزایش تخریب این رنگیزه‌ها و یا كاهش سخت آنها و همچنین، اختلال در فعالیت آنزیم‌های مسؤول سنتز رنگدانه‌های فتوسنتزی باشد (Voleti et al., 1998). دوا و همكاران (1994) نیز به منظور بررسی اثرتنش‌آبی برروی كلزا مشاهده كردند، وقتی پتانسیل آب خاك به 5/1-مگا پاسكال رسید، به واسطه افزایش فعالیت هورمون ABA، روزنه‌ها بسته شده.