تأثير محدوديت آب بر وضعيت آبي، پايدراي غشاء سلول و عملكرد ارزن دم‌روباهي

Effect of drought stress on water status, stability of cell membranes and yield in several cultivars Foxtail Millet (Setaria italica L.)

سابقه و هدف: كمبود آب از مهم‌ترين عوامل محدودكننده توليد در گياهان است كه از طريق تأثير بر وضعيت فيزيولوژيكي گياه، رشد و عملكرد را تحت تأثير قرار مي‌دهد. ارزن يك گياه مهم به‌منظور بررسي مكانيزم‌هاي مقاومت به تنش در گياهان نسبتاً مقاوم به خشكي است. مكانيزم تغليظ دي‌اكسيد كربن در اين گياه، فتوسنتز و عملكرد بالاتري را در شرايط خشك تضمين مي‌كند. اولين پاسخ گياه به تنش بسته شدن روزنه است (4) و تأثير خشكي بر فتوسنتز را مي‌توان بر اساس هدايت روزنه‌اي ارزيابي نمود (25). در شرايط تنش خشكي محتوي نسبي آب برگ نيز به‌عنوان شاخصي از وضعيت رطوبتي گياه است (22) و ارقام مقاوم ظرفيت بالاي محتوي نسبي آب را نشان دادند(27). سطوح پايين نشت الكتروليت‌ها در ارقام مقاوم نشان‌دهنده حفظ تماميت غشاء اين ارقام است (22). پراكسيداسيون چربي‌هاي غشاء به همراه نشت الكتروليت شاخصي از مقاومت به خشكي محسوب مي‌شود(3). هدف از اين تحقيق بررسي تأثيرتنش خشكي بر ويژگي‌هاي مربوط به روابط آبي برگ پرچم و نفوذپذيري غشاء سلول و تأثير آن بر عملكرد ارزن است. مواد و روش‌ها: به‌منظور بررسي تأثير تنش خشكي بر وضعيت آبي، تماميت غشاء سلول و عملكرد ارزن آزمايشي به‌صورت فاكتوريل در قالب بلوك‌هاي كامل تصادفي با چهار تكرار در گلخانه تحقيقاني دانشكده كشاورزي دانشگاه بيرجند ‌به اجرا در آمد. عوامل آزمايشي شامل ژنوتيپ‌هاي ارزن در سه سطح (باستان، KFM5 و KFM20) و تنش خشكي در سه سطح (شاهد، تنش متوسط و شديد بترتيب با تأمين 100، 75 و 50 درصد نياز آبي گياه) بود. محتوي نسبي آب، هدايت روزنه‌اي و نشت الكتروليت‌ها در 30 و 45 روز بعد از اعمال تنش و عملكرد و اجزاي آن در رسيدگي كامل اندازه‌گيري شد. يافته‌ها: نتايج تحقيق نشان داد در ژنوتيپ‌‌ها افزايش شدت و دوام تنش خشكي باعث كاهش محتوي نسبي آب برگ و در نتيجه كاهش هدايت روزنه‌اي شد. افزايش شدت و دوام تنش از طريق پراكسيداسيون چربي غشاء باعث افزايش نفوذپذيري غشاء و كاهش شاخص پايداري غشاء در ژنوتيپ‌‌هاي ارزن شد. در ژنوتيپ‌‌ها افزايش تنش باعث كاهش معني‌دار تعداد دانه در پانيكول، وزن هزار دانه و عملكرد دانه شد. در ژنوتيپ‌‌ها بالاترين و پايين‌ترين عملكرد دانه بترتيب در تيمار شاهد و تنش شديد مشاهده شد. در 30 روز بعد از اعمال تنش ارقام از نظر هدايت روزنه‌اي و محتوي نسبي آب برگ وضعيت مشابهي دارا بودند. 45 روز بعد از تنش ژنوتيپ‌ باستان بالاترين هدايت روزنه‌اي را نشان داد و تحت تأثير تنش متوسط و شديد (بترتيب50 و 33 درصد در مقايسه با شاهد) كمترين كاهش محتوي نسبي آب برگ را نشان داد. با وجود بالا بودن هدايت روزنه‌اي، محتوي نسبي آب برگ آن در 30 و 45 روز بعد از تنش (بترتيب 0/43 و0/41) اختلاف معني‌داري با دو لاين ديگر نداشت. سطح پايين ميزان مالون ‌دي ‌آلدئيد و افزايش كم آن تحت تأثير تنش نشان دهنده تأثير كمتر تنش بر پراكسيداسيون چربي غشاء در ژنوتيپ‌ باستان بود و در نتيجه اين ژنوتيپ ‌از توانايي بالاتري بمنظور حفظ تماميت غشاء سلول برخوردار بود. در تيمار شاهد و سطوح تنش عملكرد ژنوتيپ‌ باستان بالاتر از دو لاين ديگر بود، ولي ميزان كاهش عملكرد تحت تأثير تيمار تنش در ژنوتيپ‌KFM20 (به‌ميزان 57 درصد نسبت به شاهد) از بقيه ارقام كمتر بود. نتيجه‌گيري: ژنوتيپ‌ باستان از نظر وضعيت رطوبتي و عملكرد از برتري نسبي نسبت به دو لاين ديگر برخوردار بود و بنابراين انتظار مي‌رود رشد بهتري در شرايط تنش خشكي داشته‌باشد. محتوي نسبي آب و هدايت روزنه‌اي بعنوان مكانيزم‌هاي سازگاري و مقاومت به تنش خشكي در گياهان محسوب مي‌شوند و محتوي مالون‌ دي‌ آلدئيد نيز شاخصي از ميزان خسارت وارده به غشاء سلول است كه مي‌توان همراه با عملكرد به‌منظور شناسايي ارقام حساس و مقاوم به خشكي آنها را مورد استفاده قرار داد.

Background and objectives: Water shortage is one of the most important limiting factors for crop production, that affected on growth by changing physiological conditions. Millet is an important plant to investigate the mechanisms of stress tolerance in plants which are relatively resistant to drought. The assimilation and dry matter production is high in this plant in dry conditions and its reason is the mechanism of condensed carbon dioxide. Chavez (2003) stated that the first plant response to stress is stomatal closure and the impact of drought on photosynthesis can be evaluated based on stomatal conductance (4,25). Relative water content is as well as an indicator of plant water status in stress conditions (22). Resistant varieties show high relative water content (27). Low electrolyte leakage indicates membrane integrity (22). electrolyte Leak and membrane lipid peroxidation are indexes of drought resistance (3). Materials and methods: This study was carried out in Research greenhouses of Birjand University in 2014. A factorial arrangement of treatments based on randomized complete block design (Due to the lack of uniformity of light) with four replications was used .The studied factors were drought stress with three levels including 100, 75 and 50 percent of plant water requirement (non-stress, moderate and severe stress respectively) and millet cultivar with three levels (including Bastan, promising lines KFM5 and KFM20). Relative water content, stomatal conductance, electrolyte leakage was measured in 30 and 45 day after stress and yield in maturity. Results: The results showed that relative water content (RWC) and stomatal conductance decreased as intensity and duration of drought stress increased in all three varieties. Membrane lipid peroxidation, permeability of membranes and electrolyte leakage increased and membrane stability decreased as intensity and duration of drought increased in all three cultivars. Drought stress reduced number of grains per panicle, seed weight and seed yield compared to control. The highest and lowest seed yield was observed in control and severe stress respectively in all three cultivars. All three variety or cultivar had similar status in stomatal conductance and leaf relative water content in 30 day after stress. Although among the varieties, Bastan had the highest stomatal conductance and was less affected under moderate and severe stress (50 and 33 percent respectively compared to control) in 45 day after stress but Bastan had an appropriate realative water content (0.43 and 0.41 respectively) and had not significantly different with other lines. The malondialdehyde content (MDA) was low in Bastan compared to other cultivars and the membrane lipid peroxidation was less affected by increasing drought stress indicating that the variety is of more potential to protect membrane integrity. Bastan indicated greater performance than the other lines, this performance was more drastically decrease compared to KFM20 line under stress treatments. Conclusion: Bastan is better than the other lines and is advisable to drought stress conditions. Realative water content and stamatal conductance are mechanisms of adaptation and resistance to drought stress and Malondialdehyde is an indix of the amount of damage to the cell membrane that used in order to identify the susceptible and resistant variety to drought stress.