اثر تنش خشكي در مراحل مختلف رشد بر عملكرد و اجزاء عملكرد، پايداري غشاي سلول و محتواي نسبي آب برگ ژنوتيپ هاي سورگم دانه اي (Sorghum bicolor L. Moench)

Evaluation of water stress at different growth stages on yield, its components, cell membrane stability and leaf relative water content of grain sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) genotypes

مقدمه عملكرد گياهان زراعي از جمله سورگوم تحت تاثير تنش خشكي به عنوان يكي از مهمترين تنش هاي غير زنده محدود مي شود. اگرچه سورگوم توانايي سازش با بسياري از تنش ها مثل گرما، خشكي و شوري را دارد، اما در نواحي خشك و نيمه خشك اين گياه معمولا در مرحله زايشي و مرحله بعد از گلدهي تحت تاثير تنش آبي قرار مي گيرد و عملكرد آن كاهش مي يابد. بين ژنوتيپ هاي سورگوم از نظر قابليت تحمل دوره هاي خشكي و واكنش به اين دوره ها تفاوت قابل ملاحظه اي وجود دارد. بعضي از محققين برروي ويژگي هاي برگ پرچم مخصوصا روابط آب برگ بخاطر اثر متقابل قابل توجه آن با مقاومت به خشكي تاكيد كرده اند. در اين تحقيق برخي از خصوصيات از جمله پايداري غشاي سلول و محتواي نسبي آب برگ در ژنوتيپ هاي سورگوم دانه اي در شرايط مزرعه اي بررسي شده و به پاسخ عملكرد و اجزاء عملكرد ژنوتيپ هاي سورگوم در شرايط تيمارهاي تنش خشكي( قطع آبياري در مرحله رشد رويشي، زايشي و آبياري نرمال)پرداخته شده است. مواد و روش ها به منظور بررسي اثر تنش خشكي بر عملكرد، اجزاي عملكرد دانه، پايداري غشاي سلول و محتواي رطوبت نسبي برگ ژنوتيپ هاي سورگوم دانه اي، آزمايشي به صورت كرت هاي خرد شده در قالب طرح بلوك هاي كامل تصادفي در سه تكرار در سال 93 در مزرعه مركز تحقيقات و آموزش كشاورزي و منابع طبيعي خراسان جنوبي اجرا گرديد. تيمارهاي تنش خشكي شامل آبياري نرمال(شاهد)، قطع آبياري در مرحله رشد رويشي(مرحله رويت آخرين برگ به صورت لوله اي) و قطع آبياري در مرحله رشد زايشي(50 درصد بوته ها در مرحله آغاز گلدهي) به عنوان عامل اصلي و 10 ژنوتيپ سورگوم دانه اي شاملKGS29،MGS2 ،KGS33 ، سپيده، KGFS27،MGS5 ،KGFS5 ،KGFS17، KGFS13 و KGFS30 به عنوان عامل فرعي در نظر گرفته شدند. براي تعيين اجزاي عملكرد دانه از هر كرت نيم متر طولي برداشت و تعداد بوته، تعداد پانيكول، تعداد دانه پانيكول، وزن هزار دانه، تعداد دانه در متر مربع تعيين گرديدند. براي تعيين عملكرد دانه و عملكرد بيولوژيك و شاخص برداشت پس از حذف 2 خط حاشيه و نيم متر ابتدا و انتهاي هر كرت از سطح 3 متر مربع برداشت انجام شد و پس از خشك شدن كامل، كل نمونه ها توزين و عملكرد بيولوژيك تعيين شد و سپس نمونه ها با دست كوبيده شده و دانه ها جدا و توزين گرديده و شاخص برداشت محاسبه شد. براي محاسبه محتواي نسبي آب برگ (RWC)، از هر كرت و از برگ پرچم نمونه گيري شد و محتواي نسبي آب برگ يا آماس نسبي از طريق فرمول وزرلي (weatherley) محاسبه گرديد. براي محاسبه ميزان خسارت به غشاء يا تراوايي غشاء، ابتدا سه بوته از هر كرت بطور تصادفي انتخاب و برگ پرچمي آنها جدا شد. سپس توسط دستگاه كاغذ سوراخ كن تعداد 4 عدد ديسك از اين برگها تهيه و در داخل آب مقطر بمدت 24 ساعت در دماي يخچال (4 درجه سانتي گراد) قرار داده شد. هدايت الكتريكي آبي كه برگها در آن گذاشته شده بود توسط دستگاه اندازه گيري هدايت الكتريكي(EC meter) هدايت الكتريكي آن اندازه گيري شده و از اعداد حاصل براي محاسبات استفاده شد. پس از جمع آوري داده هاي مربوط به عملكرد و اجزاء آن با استفاده از نرم افزار SAS مورد تجزيه واريانس ساده قرار گرفت. ميانگين داده ها با استفاده از آزمون LSD در سطح احتمال 5 درصد مقايسه گرديدند. نتايج نتايج نشان داد كه تنش خشكي تاثير معني داري بر عملكرد دانه، عملكرد بيولوژيكي، شاخص برداشت، وزن هزار دانه، تعداد دانه در پانيكول، نفوذپذيري غشاي سلول و محتواي نسبي آب برگ (RWC) داشته و سبب كاهش آنها گرديد. ميزان كاهش عملكرد دانه در بالاترين سطح تنش خشكي نسبت به تيمار شاهد معادل 42 درصد بود. ژنوتيپ ها نيز از نظر كليه صفات فوق تفاوت معني دار نشان دادند. ژنوتيپ KGFS13 داراي بالاترين عملكرد دانه، عملكرد بيولوژيك و شاخص برداشت بذر بود. اثر متقابل تنش خشكي و ژنوتيپ در صفات فوق بجز وزن هزار دانه و نفوذپذيري غشاء تفاوت معني دار نشان داد. بيشترين محتواي نسبي آب برگ مربوط به تيمار آبياري نرمال و كمترين آن مربوط به تيمار تنش خشكي شديد بود. همچنين با افزايش تنش خشكي، تراوش غشاي سلول افزايش يافت، بطوري كه كمترين ميزان تراوش غشاء و درنتيجه بيشترين پايداري غشاء مربوط به تيمار آبياري نرمال و بيشترين ميزان تراوش غشاء و در نتيجه كمترين پايداري غشاء مشتركا مربوط به تيمار هاي تنش خشكي متوسط و شديد بود. نتيجه گيري تفاوت هاي قابل توجهي بين ژنوتيپ هاي سورگوم دانه‌اي در مورد تحمل به دوره‌هاي تنش خشكي و واكنش به اين دوره ها وجود دارد، همچنين عملكرد دانه و اجزاي آن، عملكرد بيولوژيك، شاخص برداشت، محتواي آب نسبي و پايداري غشاي سلول بين ژنوتيپ‌ها و تيمارهاي تنش متفاوت بود. درمجموع، مي‌توان از ويژگي‌هاي مربوط به روابط آبي برگ پرچم و نفوذپذيري غشاء سلول به‌عنوان معيارهايي علاوه بر عملكرد دانه در ارزيابي تحمل به خشكي ژنوتيپ ها استفاده نمود.

Introduction Crop yield, including sorghum, is limited under drought conditions, as one of the most important abiotic stresses. Although sorghum can be able to deal with a lot of stress like heat, drought and salinity, but in arid and semiarid areas is usually affected by water stress in the reproductive stage and after the flowering and its yield is reduced. There are significant differences between sorghum genotypes about tolerant to periods of drought stress and reactions to these periods. Some researchers emphasize on the characteristics of flag leaf water relations, especially because of its remarkable interaction with resistance to drought stress. Morphophysiological traits including leaf relative water content widely were used as selection parameter in addition to grain yield for drought tolerance in various crops. In this study, some traits such as cell membrane stability and relative water content and the response of yield and yield components of sorghum genotypes under drought stress treatments (irrigation cut off at vegetative and reproductive growth stage and normal irrigation) were evaluated in field conditions.   Materials and methods In order to evaluate the effect of water stress on grain yield and its components, cell membrane stability and relative water content of leaf (RWC) in sorghum (Sorghum bicolor L.), a field experiment as a split plot design was carried out with 3 replications in 2014 at the research farm of the southern khorassan Agriculture and natural resources research and education center. Water stress treatments including normal irrigation (control), irrigation cut off in vegetative growth stage(emergence of terminal leaf as rolled) and irrigation cut off in generative growth stage(50% of plants in start of flowering) as the main plot and 10 genotypes of sorghum including KGS29, MGS2, Sepideh, KGFS27, MGS5, KGFS5, KGFS17, KGF13 and KGFS30 was considered as sub plots. To determine the yield components, half a meter in length of each plot was harvested and the number of plants, number of panicle, grain weight, and number of seeds per panicle were recorded. To determine the yield and biological yield and harvest index after the removal of 2 and a half meter of margin line and beginning and end of each plot, plants was harvested from the surface of 3 square meters, after drying, biological yield of each plot was determined. To calculate the relative water content (RWC), flag leaf samples were taken from each plot and the samples were weighed immediately and then refrigerated for 24 hours in distilled water untill their full swelling, then the excess water was taken by tissue paper and then put into the oven at 72 ° C for 48 hours. After drying, the samples are weighed and leaf relative water content was calculated through wetherley formula (wetherley). To calculate the amount of damage to the membrane or membrane permeability, three plants of each plot were randomly selected and their flag leaf were removed. Then 4 discs of the leaves prepared was puted in distilled water for 24 hours at refrigerator temperature (4 ° C). Electrical conductivity of water in wich leaves had been laid was measured by the electrical conductivity meter (EC meter) and resulting values were used for calculations. After collecting data on yield and its components, simple analysis of variance was done using SAS software. The means comparison was done using LSD test at the 5% probability level.   Results and discussion Results showed that water stress had significantly effect on grain yield, biological yield, harvest index, 1000 seed weight and seed number per panicle, cell membrane permeability and Relative water content of leaf and caused to decrement of Them. The grain yield reduction was about 42% at the highest level of water stress in comparison with the control. Also the genotypes were significantly different about all above characteristics. The genotype KGFS13 had the highest grain yield, biological yield and harvest index. Interaction between water stress and genotype showed significant effect on all traits except for 1000 seed weight and cell membrane permeability. The highest value for (RWC) was belonging to severe water stress. Also with increase of water stress, cell membrane leakage increased, as the lowest value of cell membrane leakage and therefore the highest membrane stability was belong to normal irrigation and the lowest membrane stability was commonly belong to medium and severe water stress.   Conclusion There are significant differences between sorghum genotypes about tolerant to periods of drought stress and reactions to these periods, also grain yield and its components, biological yield, harvest index, relative water content and cell membrane stability were different between genotypes and water stress treatments. Generally, water relations in flag leaf and cell membrane permeability can be used as criteria for assessment of drought tolerance as well as grain yield.