اثر تنش سرمازدگی و خشکی در واکنش اسید سالسیلیک بر شاخصهای انتخاب و عملکرد دانه ذرت (Zea mays L.)
محسن طریق الاسلامی1، محمد کافی*2، احمد نظامی3، رضا ضرغامی4
1) دانشجوی دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
2) استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
3) استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
4) هیئت علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی (ابری) کرج، ایران.
* نویسنده مسئول: m.kafi@um.ac.ir
این مقاله برگرفته از رساله دکتری میباشد.
تاریخ دریافت: 15/01/95 تاریخ پذیرش: 06/04/95
چکیده
بهمنظور بررسی اثر تنش سرما و خشکی بر شاخص کلروفیل، محتوای نسبی آب، نشت الکترولیت و عملکرد دانه ذرت سینگل کراس 400 تحت سطوح مختلف اسید سالسیلیک آزمایش مزرعهای بهصورت کرتهای دوبار خرد شده در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در سه تکرار در سال زراعی 1394 در گلخانه و مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد به اجرا در آمد. در این آزمایش عامل اصلی تنش سرما در دو سطح (عدم تنش سرمازدگی و تنش سرمازدگی)، عامل فرعی شامل سه سطح تنش خشکی (آبیاری معادل 100 درصد نیاز آبی گیاه (عدم تنش، شاهد))، آبیاری معادل 75 درصد نیاز آبی گیاه و آبیاری معادل 50 درصد نیاز آبی گیاه) و عامل فرعی فرعی محلول پاشی اسید سالسیلیک (عدم محلول پاشی (شاهد)، محلول پاشی 200 میکرومولار و محلولپاشی 400 میکرومولار) در نظر گرفته شد. نتایج حاصل حاکی از اثر پذیری شاخص کلروفیل متر، محتوای نسبی آب و نشت الکترولیت در شرایط تنش خشکی است، بهطوری که تنش کمبود آب شاخص کلروفیل، محتوای نسبی آب را کاهش و نشت الکترولیت، عملکرد دانه را افزایش داد. همچنین محلولپاشی اسید سالسیلیک باعث بهبود شاخص کلروفیل، محتوی نسبی آب برگ، افزایش نشت الکترولیت و عملکرد دانه شد. بر همکنش تیمار سرمازدگی بر تنش خشکی با کاربرد محلولپاشی 200 میکرومولار اسید سالسیلیک باعث بهبود شاخص کلروفیل شد. با توجه به نتایج، استفاده از غلظت مناسب اسید سالسیلیک در بهبود تنشهای محیطی از جمله سرمازدگی و خشکی برای دست یافتن به عملکرد مطلوب توصیه میگردد.
واژه‌های کلیدی: کلروفیل، محتوای نسبی آب، نشت الکترولیت و سینگل کراس 400.
مقدمه
ذرت از گیاهان زراعی است که بیشترین پتانسیل تولید را در بین غلات دارد (Muthukumar et al., 2005). به لحاظ سطح زیرکشت و میزان تولید از مهمترین غله دنیا محسوب میشود. این گیاه به عنوان پادشاه گیاهان دانهای شناخته میشود (Zeidan et al., 2006). دما یکی از عوامل مهم محیطی است که در گسترش و پراکنش موجودات زنده نقش مهمی ایفا میکند. خطرات دمایی منتج از نوسانات آن، بیشترین خسارت را بر گیاهان وارد میسازد (Samach and Wigge, 2005; Akram et al., 2013). خشکی یکی از مهمترین تنشهای محیطی محدود کننده تولیدات محصولات کشاورزی میباشد (Lum et al., 2014). بیش از 82 درصد زمینهای کشور ایران در منطقه خشک و نیمه خشک جهان واقع شده است، که متوسط بارندگی آن در حدود 250 میلیمتر است که کمتر از یکسوم متوسط بارندگی جهان میباشد (اکبری مقدم، 1391). به علاوه همین مقدار بارندگی از یک توزیع مناسب مکانی و زمانی نیز برخوردار نیست (Amiri and Eslamian, 2010). با توجه به نوسانات دمایی بهار و کمبود آب در فصول گرم سال در منطقه خراسان رضوی (مشهد) و اکثر مناطق کشور، با بهکار بردن روشهای به نژادی و مدیریت صحیح و اقتصادی منابع آبی و استفاده بهینه از آب میزان تولید محصولات زراعی و ثبات در تولید را افزایش داد (وفا بخش و همکاران، 1387). اسید سالیسیلیک از ترکیبات فنلی است که در تعداد زیادی از گیاهان وجود دارد، این ترکیب به عنوان ماده‌ای شبه هورمونی محسوب میگردد که نقش مهمی در رشد و نمو گیاهان ایفا میکند (Kang, 2003). اسید سالیسیلیک نقش مهمی در ایجاد تحمل به تنشهای محیطی بر عهده دارد (Raskin, 1992). کارایی اسید سالیسیلیک در القای تحمل به تنش، بسته به نوع گیاه و یا غلظت اسید سالیسیلیک دارد (Horváth et al., 2007). اسید سالیسیلیک سبب تحمل به کمبود آب میگردد (Bezrukova et al., 2001). این ماده در گوجه فرنگی و لوبیا نیز سبب افزایش تحمل به دماهای پائین و بالا شده است (Senaratna et al., 2000). کاربرد خارجی اسیدسالیسیلیک سبب ایجاد تحمل به تنش خشکی (Dat et al., 1998) سرمازدگی (Janda et al., 1999) نیز میشود. در ارتباط با تحمل به تنش های خشکی و سرما، صفات متفاوتی به عنوان شاخص انتخاب مطرح شده اند. اندازهگیری برخی روشها که به طور مستقیم و غیرمستقیم به کمبود آب ارتباط دارند، مانند شاخص کلروفیل (SPAD)، محتوای نسبی آب، (RWC) و نشت الکترولیت(EL) همگی به عنوان معیارهایی قابل در گیاهان محسوب می شوند (پورموسوی و همکاران، 1385). کلروفیل برگ از مهمترین شاخصهای نشان دهنده فشار محیطی وارد بر گیاه از جمله تنش خشکی می باشد، همچنین غلظت کلروفیل به عنوان یک شاخص برای ارزیابی قدرت منبع شناخته می شود، زیرا غلظت کلروفیل برگها یکی از عوامل کلیدی در تعیین سرعت فتوسنتز و تولید ماده خشک می باشد (Ghosh et al., 2004). به طوری که کاهش آن در شرایط تنش خشکی می تواند به عنوان یک عامل محدود کننده غیر روزنهای در فتوسنتز به حساب آید (Hashem et al., 1998). Gregersen و Holm (2007) بیان کردند که طی تنش خشکی محتوی کلروفیل کاهش می یابد. Pessarkli (1999) بیان کرد که دوام فتوسنتز و حفظ کلروفیل برگ تحت شرایط تنش خشکی از جمله شاخصهای فیزیولوژیک مناسب جهت تحمل به تنش خشکی هستند. سرمدنیا و کوچکی (1372) گزارش دادند که کاهش سنتز کلروفیل‌ها از مهمترین اثرات تنش خشکی بر گیاهان است. نتایج تحقیقات Andrade و Ferreiro (1996) در خصوص اثر تنش خشکی بر ذرت نشان داد که با افزایش شدت تنش خشکی روند تخریب رنگیزه‌های کلروفیل با سرعت بیشتری صورت میگیرد. برخی مطالعات حاکی از قابل اطمینان بودن محتوای نسبی آب (Relative water content) به عنوان شاخص تحمل به خشکی میباشد (Sinclair and. Ludlow, 1985). Schonfeld و همکاران (1988) بیان کردند که با افزایش تنش خشکی، RWC برگهای گندم کاهش پیدا می کند که علت آن کاهش پتانسیل آب برگ و کاهش جذب آب از ریشه ها در شرایط خشک میباشد (Siddique et al., 2000). غشای سلولی از نخستین اندامهایی است که تحت شرایط تنش، آسیب میبیند و تراوایی آن افزایش یافته ( نظری ناسی و همکاران، 1391). تحت شرایط تنش رطوبتی یکی از اولین بخشهای گیاهی که آسیب میبیند غشای سیتوپلاسمی است (Liang et al., 2003) که رشد گیاه را نیز تحت تأثیر قرار میدهد. این مطالعه به بررسی روند تغییرات سه ویژگی مهم فیزیولوژیک محتوای نسبی آب، میزان کلروفیل، نشت الکترولیت و عملکرد دانه در شرایط برهمکنش تنش سرما و خشکی تحت تأثیر اسید سالسیلیک پرداخته است.
مواد و روش ها
این آزمایش در سال زراعی 1394 بهصورت کرتهای دوبار خردشده در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در گلخانه و مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد با اقلیم سرد و خشک (جدول 1) اجرا شد. عامل اصلی تنش سرمازدگی (عدم تنش (شاهد) و تنش سرما در مرحله چهار برگی)، عامل فرعی تنش خشکی (آبیاری معادل 100 درصد نیاز آبی گیاه (عدم تنش، شاهد))، آبیاری معادل 75 درصد نیاز آبی گیاه و آبیاری معادل 50 درصد نیاز آبی گیاه) و عامل فرعی فرعی محلولپاشی اسید سالسیلیک (عدم محلولپاشی (شاهد)، محلولپاشی 200 میکرومولار و محلولپاشی 400 میکرومولار) در نظر گرفته شد. اسید سالسیلیک توسط اتانول حل گردید. در تاریخ 1/2/94 دو عدد بذر در گلدانهای کاغذی حاوی مخلوطی از ماسه، پرلیت، خاک مزرعه و خاکبرگ به نسبت مساوی و در عمق پنج سانتیمتری کشت گردید و تا زمان استقرار کامل گیاه، آبیاری به صورتی که سطح خاک گلدانها رطوبت مورد نیاز را حفظ کند صورت پذیرفت. تا مرحله چهار برگی گیاهچهها در شرایط گلخانه قرار داشتند و در این مرحله برای اعمال تنش سرمازدگی به داخل اطاقک سرد انتقال داده شدند (علی و همکاران، 1389). دمای اطاقک در شروع آزمایش 25 درجه سانتیگراد بود و پس از قرار دادن نمونه ها با سرعت دو درجه سانتیگراد در ساعت کاهش یافت و در دمای پنج درجه سانتیگراد به مدت 12 ساعت باقی ماند. پس از اعمال تنش سرمازدگی گیاهچهها در مزرعه کشت شدند (علی و همکاران، 1389). جهت آمادهسازی زمین شخم و دیسک زده شد و پس از تسطیح آن کرتهای به طول چهار متر و عرض سه متر با فواصل ردیف ها 75 سانتیمتر و فواصل روی ردیف 18 سانتیمتر تهیه شد. تراکم برای برای هیبرید سینگل کراس 400، 75 هزار بوته در هکتار منظور شد. قبل از آمادهسازی زمین، نمونهبرداری از خاک از عمق صفر تا60 سانتیمتری جهت آزمون خاک و کوددهی بر اساس توصیه موسسه خاک و آب کشور انجام گرفت (جدول 2). قبل از کشت کود نیتروژن، فسفر و پتاس به میزان 100 کیلو در هکتار و 150 کیلو گرم کود اوره ( 46 درصد نیتروژن) در دو مرحله پس از کشت در زمان آبیاری داده شد. علف های هرز به صورت دستی حذف شدند.
جدول 1: داده های آب و هوا در طول فصل رشد گیاه طی سال 1394
|
بارش
|
تبخیر
(میلیمتر)
|
دما مطلق (سانتیگراد)
|
رطوبت نسبی مطلق
|
ماه
|
|
کمینه
|
بیشینه
|
کمینه
|
بیشینه
|
|
8/0
|
6/7
|
6/14
|
3/29
|
6/20
|
2/65
|
اردیبهشت
|
|
0
|
7/11
|
9/18
|
7/34
|
3/9
|
0/37
|
خرداد
|
|
0
|
3/14
|
7/22
|
7/36
|
4/10
|
7/34
|
تیر
|
|
0
|
3/12
|
1/20
|
1/35
|
4/9
|
3/31
|
مرداد
|
|
2/19
|
0/34
|
2/20
|
4/34
|
0/16
|
0/42
|
شهریور
|
جدول2: مشخصات آزمایش خاک طی سال 1394
|
عمق خاک
(سانتیمتر)
|
بافت
|
شوری
(ds/m)
|
pH
|
کربن آلی
(%)
|
نیتروژن
(%)
|
فسفر
(ppm)
|
پتاسیم
(ppm)
|
|
30-0
|
لومی
|
3/1
|
40/8
|
30/1
|
12/0
|
5/20
|
133
|
|
60-30
|
سیلتی لومی
|
2/1
|
03/8
|
17/1
|
08/0
|
6/17
|
170
|
تا زمان استقرار گیاه (دو هفته پس از کاشت)، آبیاری مزرعه به طور یکنواخت انجام و پس از آن اعمال تیمارهای آبیاری آغاز شد. میزان آبیاری بهوسیله کنتور با دقت (یک دهم لیتر) اندازهگیری و با کنترل شیرهای ورودی برای هر تیمار آبیاری جداگانه اعمال گردید. برای تعیین میزان آب آبیاری، ابتدا نیاز آبی گیاه در فاصله هر دو آبیاری مطابق معادله یک برآورد گردید (Allen et al, 1998; Villalobos et al., 2002).
رابطه 1: WR=(Etc+Ro-Pe-CR)/(Ei/100)
در این معادله WR: نیاز آبی گیاه (میلیمتر)، Etc: تبخیر و تعرق گیاه زراعی (میلیمتر)، Ro: رواناب (میلیمتر)، Pe: بارندگی مؤثر (میلیمتر)، CR: صعود کاپیلاری (میلیمتر) و Ei: راندمان آبیاری (90 درصد) میباشند. با توجه به پایین بودن سطح ایستابی در منطقه آزمایش مقدار صعود کاپیلاری و با توجه به بسته بودن کرتهای آزمایشی مقدار رواناب صفر در نظر گرفته شد. میزان تبخیر و تعرق گیاه مرجع (ETo) بر پایه مدل پنمن مونتیث فائو (بر اساس دادههای روزانه هواشناسی مربوط به فاصله زمانی تاریخ آبیاری قبلی تا تاریخ آبیاری مورد نظر و با استفاده از دادههای دستگاه هواشناسی خودکار) و میزان تبخیر و تعرق گیاه ذرت بر اساس معادله دو محاسبه گردید (Allen et al, 1998).
رابطه 2: Etc = Eto × Kc
با توجه به بسته بودن کرتهای آزمایشی و انتقال آب تا ابتدای کلیه خطوط کشت بهوسیله لوله، میزان راندمان آبیاری (Ei) نیز90 درصد در نظر گرفته شد. آبیاری هر هفتروز یکبار برای کلیه تیمارها صورت پذیرفت، کل حجم آب آبیاری برای تیمارهای 100، 75 و 50 درصد نیاز آبی گیاه بهترتیب برابر با (33/10133، 66/8066 و 66/5866 مترمکعب در هکتار) بود.
شاخص قرائت کلروفیل متر: اندازهگیری شاخص کلروفیل برگ با استفاده از دستگاه اسپد در مراحل ظهور گل تاجی، 14 و 28 روز بعد از آن انجام شد. بهاین منظور از هر کرت دو بوته انتخاب و از کلیه برگهای گیاه از ابتدا، انتها و وسط تمامی برگهای هر بوته عدد اسپد به طور مجزا اندازهگیری و سپس میانگین گرفته شد.
محتوای آب نسبی برگ: نمونه برداری از برگ متصل به بلال صورت گرفت. بهاین ترتیب که از وسط برگ در سه مرحله ظهور گل تاجی، 14 و 28 روز بعد از آن، قطعه ای به طول هشت سانتیمتر جدا شده و به اندازه های دو سانتیمتری برش خوردند. سپس قطعات برش خورده درون پلاستیک و در فلاسک یخ قرار داده و به آزمایشگاه منتقل شدند. چهار قطعه برگ پس از توزین وزن تر در پتری دیش حاوی آب مقطر به مدت 12 ساعت قرار گرفته و پس از آن وزن اشباع آنها توزین شد. در روز بعد نمونه ها در آون70 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت قرار گرفته و وزن خشک آنها ثبت گردید. در نهایت محتوای آب نسبی برگ براساس معادله سه تعیین شد (نظامی و همکاران، 1389):
رابطه 3: محتوای نسبی آب= (وزن خشک برگ-وزن تر برگ/ وزن خشک برگ- وزن تر اشباع برگ)
درصد نشت الکترولیت: نمونه برداری از برگ متصل به بلال صورت گرفت. به این ترتیب که از وسط برگ در سه مرحله ظهور گل تاجی، 14 و 28 روز بعد از آن، تعداد چهار قطعه برگ (مشابه با روش محاسبه محتوای آب نسبی برگ از برگ متصل به بلال جدا شد و در آزمایشگاه به ویال های حاوی 100 میلی لیتر آب دو بار تقطیر شده منتقل میشود. ویال ها به مدت 24 ساعت در دمای آزمایشگاه نگه داشته شده و سپس هدایت الکتریکی هر نمونه با استفاده از دستگاه EC متر اندازه گیری شد (EC1). بهمنظور اندازهگیری میزان کل نشت الکترولیت در اثر مرگ سلول، ویال ها در اتوکلاو با دمای 110 درجه سانتی گراد و فشار 2/1 بار به مدت 20 دقیقه قرار گرفته و پس از 24 ساعت هدایت الکتریکی نمونه ها اندازهگیری خواهد شد (EC2). درصد نشت الکترولیت با استفاده از معادله زیر محاسبه شد (نظامی و همکاران، 1389):
رابطه 4: EL%= (EC1/ EC2)*100 بهمنظور تعیین عملکرد ابتدا از سطحی معادل یک مترمربع، بوته‌ها از سطح خاک بریده شده و سپس ابتدا زیست توده آنها اندازهگیری شد و سپس بلال‌ها از بوته جدا شده و پس از جدا کردن دانه‌ها، عملکرد ثبت شد. جهت تجزیه و تحلیل آماری از نرم افزار MSTAT-C (Version 1.4) و برای رسم نمودارها نیز از برنامهExcel استفاده شد. میانگین ها نیز با استفاده از آزمون LSD (در سطح احتمال پنج درصد) مقایسه شد.
نتایج و بحث
شاخص کلروفیل (SPAD)
برهمکنش سهگانه سرمازدگی، خشکی و محلولپاشی اسید سالسیلیک در هر سه مرحله اندازهگیری بر شاخص کلروفیل معنیدار بود (جدول 3). در شرایط عدم تنش سرمازدگی، تیمار آبی 50 درصد نسبت به تیمار آبی 100 درصد به ترتیب در هر سه مرحله اندازهگیری باعث کاهش 5/23، 4/17 و 5/28 درصدی شد. اما در شرایط تنش سرمازدگی در نمونهبرداری اول این کاهش مشاهده نشد و در نمونه برداری دوم و سوم باعث کاهش 1/13 و 26 درصدی گردید. همچنین با توجه به کاهش کلروفیل در وقوع تنش خشکی اسید سالسیلیک باعث بهبود شاخص کلروفیل در شرایط عدم تنش سرمازدگی و تنش سرمازدگی شد. بهطوری که در هر سه مرحله نمونهبرداری محلولپاشی 400 میکرومولار اسید سالسیلیک با تیمار آبی 100 درصد در شرایط عدم تنش سرمازدگی نسبت به عدم محلولپاشی افزایش 5/1، 3/1 و 2/10 درصدی داشت. با بررسی تیمار آبی 75 درصد در دو مرحله اول افزایشی مشاهده نشد، اما در مرحله سوم افزایش 9 درصدی مشاهده شد. این افزایش در تیمار آبی 50 درصد بهترتیب مراحل افزایش 9/10، 9/7 و 1/3 درصدی داشت. همچنین در مرحله اول و سوم نمونهبرداری پس از محلولپاشی 400 میکرو مولار اسید سالسیلیک با تیمار آبی 100 درصد در شرایط تنش سرمازدگی نسبت به عدم محلولپاشی افزایش 1/6 و 9 درصدی را نشان داد، در صورتیکه در مرحله دوم و در تیمار آبی 75 درصد در هر سه مرحله افزایشی مشاهده نشد. این افزایش در تیمار آبی 50 درصد به ترتیب مراحل افزایش 8/5، 3/8 و 8/5 درصدی بود (جدول 4). در کلیه مراحل تیمار محلولپاشی 400 میکرومولار اسید سالسیلیک با تیمار آبی 100 درصد در شرایط عدم تنش سرمازدگی بالاترین و تیمار عدم محلول پاشی با تیمار آبی 50 درصد در شرایط عدم تنش سرمازدگی پایینترین شاخص کلروفیل را به خود اختصاص داد (جدول 6).
