مطالعه مقاومت به تنش خشکی در واریته های گندم نان (Triticum aestivum) در محیط کش

مطالعه مقاومت به تنش خشکی در واریته های گندم نان (Triticum aestivum)

در محیط کشت بافت با استفاده ازمانیتول

شکوه دبیری1

 

1- کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی

*مکاتبه کننده: شکوه دبیری کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی ،دانشگاه پیام نور کرج

 

 

 

 

چکیده

یکی از مهم ترین روش های ارزیابی ارقام گیاهان زراعی ارزیابی شاخص های فیزیولوژیک و تغییرات متابولیت های خاص تحت تاثیر تنش خشکی است.گندم نان (Triticum aestivum) مهم ترین محصول غله ای ایران است (7). مهم ترین چالش پیش رو در تولید اکثر محصولات کشاورزی از جمله گندم، تنش خشکی است. به هدف ارزیابی مقاومت به تنش خشکی در ژنوتیپها و ارقام های گندم نان  با استفاده از مانیتول  آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با استفاده از 5رقم گندم ( W33G، البرز، سرداری، PATO و آذر-2 ) و دو سطح هورمون با استفاده از مانیتول وشاهد انجام گردید. نتایج به دست آمده نشان داد رقم سرداری وسپس البرز در انتهای تنش بیشترین مقدار پرولین را در بین ارقام کسب نمودند. از این رو می توان سرداری و البرز را ارقام مقاوم به حساب آورد واز این لحاظ تنوع را در بین ارقام گندم مسلم دانست. تجزیه همبستگی بین متغیر های اندازه گیری شده همگی مثبت و بسیار معنی دار گردید. از این همبستگی های شدیدا قوی بین صفات  می توان نتیجه گرفت که متغیر های اندازه گیری شده همگی در هنگام تنش خشکی با هم افزایش می یابند و حتی همدیگر را تقویت می کنند. بنابر این ثابت می گردد که از مناسب ترین و مرتبط ترین شاخص های ارزیابی تنش خشکی هستند. بالا بودن همبستگی بین صفات اندازه گیری شده در ارقام W33G، البرز، سرداری، PATO و آذر-2 ) به علت اثرات غیر مستقیم و مثبت سایر متغیر ها بر یک متغیر است که این اثرات می تواند افزایشی یا کاهشی باشد.

 

واژه های کلیدی : پرولین، محتوای نسبی آب کالوس، گندم، همبستگی

مقدمه

یکی از مهم ترین روش های ارزیابی و ارقام گیاهان زراعی ارزیابی شاخص های فیزیولوژیک و تغییرات متابولیت های خاص تحت تاثیر تنش خشکی است. شاخص های فیزیولوژیکی از آن جهت اهمیت دارند که عملکرد گیاه  کاملا به آنها وابسته است و در هنگام تنش خشکی دچار تغییرات قابل اندازه گیری می شوند گندم نان (Triticum aestivum) مهم ترین محصول غله ای ایران است. گندم در محدوده وسیعی از شرایط آب و هوایی جهان رشد می کند و سازگارترین گونه غلات است. گندم غذای اصلی انسان است که به طور مستقیم مورد مصرف قرار می گیرد به همین علت سطح زیر کشت و تولید جهانی آن از سایر محصولات بیشتر است. گندم منبع اصلی کربوهیدرات غذای انسان را تشکیل داده و ارزش نانوائی آرد هیچ یک از غلات به پای آرد گندم نمی رسد .کیفیت گلوتن گندم بستگی به واریته گندم دارد و همین صفت است که آرد گندم را متمایز می کند. در ایران مانند بسیاری از کشورهای  جهان، نان تهیه شده از گندم مهم ترین ماده غذایی روزانه مردم را تشکیل می دهد و نقش عمده ای در تأمین انرژی و پروتئین مورد نیاز بدن به عهده دارد. بر طبق آمار مختلف متوسط سهم مصرف نان در کل انرژی مورد احتیاج، 40 درصد می باشد. دانه گندم از مواد پروتئینی و هیدراتهای کربن تشکیل شده و امکان نگهداری دانه به مدت طولانی و حمل آنها به مسافتهای خیلی زیاد بدون اینکه تغییراتی در دانه آنها بوجود بیاید مسیر است گندم قابل کشت در شرایط مختلف آب و هوایی(سرد،گرم و خشک،معتدل،مدیترانه ای) است ودر ارتفاعات زیاد مثلا تا4000 متری هم کشت شده است(2). یکی از مهم ترین روش های ارزیابی رقم های گیاهان زراعی ارزیابی شاخص های فیزیولوژیک و تغییرات متابولیت های خاص تحت تاثیر تنش خشکی است. شاخص های فیزیولوژیکی از آن جهت اهمیت دارند که عملکرد گیاه  کاملا به آنها وابسته است و در هنگام تنش خشکی دچار تغییرات قابل اندازه گیری می شوند( 5)(8 ).

محققان به روش های مختلفی سعی بر افزایش عملکرد و کیفیت این محصول داشته اند. مهم ترین چالش پیش رو در تولید اکثر محصولات کشاورزی از جمله گندم، تنش خشکی است.  به روش های مختلفی سعی بر تولید و انتخاب واریته های گندم مقاوم به تنش خشکی شده است. کشت بافت گیاهی  به معنی تولید گیاهان جدید از یک سلول یا بافت یا اندام گیاهی در شرایط آزمایشگاهی و بر روی محیط کشت مصنوعی می باشد. اهداف کشت بافت متعدد است اما یکی از اهداف آن استفاده از کالوس در ارزیابی تنش ها به خصوص تنش خشکی و شوری است. تنوع سوماکلونال در کشت بافت یک اهمیت اساسی برای انتخاب واریته های مقاوم به تنش دارد . و ممکن است تنوع قابل توارثی به دست آید برای القا تنش خشکی بر کالوس از مواد مختلفی مثل پلی اتیلن گلایکول  (PEG ) و یا مانیتول استفاده می کنند (1)(10)(8). هدف از این مطالعه ارزیابی 5 رقم گندم نان تحت شرایط استرس خشکی توسط مانیتول در کشت بافت  و همچنین ارزیابی صفاتی مانند مقدار پرولین ، محتوای آب نسبی کالوس و میزان رشد نسبی کالوس در شرایط کشت بافت و مقایسه محیط فاقد عامل تنش با محیط حاوی عامل تنش خشکی بود.

مواد و روش ها

آزمایش به صورت فاکتوریل درقالب طرح کاملا تصادفی در آزمایشگاه بیولوژی دانشگاه رازی اجرا گردید. فاکتور های آزمایش شامل 5رقم گندم پاییزه (تهیه شده از معاونت موسسه تحقیقات دیم، ایستگاه سرارود کرمانشاه) شامل W33G، البرز، سرداری، PATO و آذر-2  و دو سطح استفاده از هورمون مانیتول به مقدار 350 میلی مول و سطح شاهد بودند. برای انجام کشت بافت مراحل زیر صورت گرفت.

ابتدا بذور استریل شده  و سپس بهاره سازی انجام گرفت .برای این کار بذور به مدت 3 روز در دمای یخچال بهاره سازی شدند.سپس به انها اجازه رشد بر روی کاغذ مرطوب استریل داده شد .برای کالوس زایی از محیط کشت MS

 پایه با مقدار 2 میلی گرم بر لیتر 2-4-D  استفاده شد .پس از 4 هفته کالوس زایی صورت گرفت. سپس کالوسها به دو محیط کشت شاهد و حاوی مانیتول عامل تنش انتقال یافتند و مقدار آب نسبی کالوسها ،RGR و پرولین کالوسها در 2 محیط مقایسه شدند.برای محاسبه مقدار میزان رشد نسبی[1] (RGR ) کالوسها بعد از 4 هفته اندازه گیری شدند و به همان محیط MS  بدون اعمال تنش و همچنین به محیط MS حاوی عامل ایجاد کننده تنش خشکی انتقال یافتند.

در هر پلیت 10 عدد کالوس قرار داده شد.در این آزمایش برای اعمال تنش خشکی از مانیتول استفاده شدغلظت استفاده شده شامل350 میلی مول بود. پتانسیل اسمزی این محیط 24/1- مگاپاسکال بود. محیط فاقد عامل مانیتول به عنوان محیط شاهد در نظر گرفته شد. سپس مقدار RGR از فرمول زیر بدست آمد (6) وسپس کالوس واریته ها در دو محیط باهم مقایسه شدند .

fw وزن اولیه کالوس

dwوزن نهایی کالوس                   

برای  اندازه گیری میزان پرولین ابتدا مقدار50 میلی گرم یا 05/0 گرم از کالوس تازه  درلوله های5/1 میلی لیتری وزن شد. سپس مقدار 2/1 میلی لیتر سولفوسالسلیک اسید 3% به منظور ته نشین شدن پروتئین اضافه شد و پس از مخلوط کردن نمونه ها آنها در 18000 دور به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شدند. سپس فاز بالایی جدا و به آن معرف نین هیدرین اضافه شد(3) بعد از این مرحله 2 میلی لیتر تولوئن به هر نمونه اضافه شد و سپس طول موج آنها با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در 520 نانومتر سنجیده شد.

برای اندازه گیری میزان آب نسبی کالوس نمونه های کالوس مورد نظر که به صورت توده های کالوس مختلف بودند وزن شدند که به عنوان وزن تازه کالوس یا (FW ) در نظر گرفته شد. بعد از این مزحله کالوس ها را داخل فویل آلومینیومی در آون برای مدت 48 ساعت در دمای 68 درجه سانتیگراد قرار داده شد سپس وزن آنها اندازه گیری شد. عدد به دست آمده به منزله وزن خشک یا (DW ) بود که از فرمول روبرو برای محاسبه آن استفاده گردید:                    FW-DW                             .                                                                                                                   DW                

آزمون نرمال  داده های به دست آمده با نرم افزار SPSS انجام گردید و با نرم افزار SASتجزیه واریانس گردیدند و نمودار های مقایسه میانگین با نرم افزار Excel رسم شدند.

نتایج

نتایج تجزیه واریانس مربوط به مراحل مختلف اندازه گیری صفات  نشان داد که بین واریته های مختلف و محیط ها و نیز اثرات متقابل آنها اختلاف معنی دار برای میزان پرولین کالوس، سرعت رشد نسبی کالوس (RGR) و محتوای نسبی آب کالوس (RWC) وجود داشت. اثر محیط کشت وواریته و همچنین اثر متقابل محیط کشت و واریته در هر 3 صفت مطالعه شده معنی دار بود.

جدول 1- تجزیه واریانس اثر محیط کشت و واریته برای پرولین ،سرعت رشد نسبی وآب کالوس واریته های گندم PATO،  البرز،  آذر2،  WW33G و سرداری 

 

منابع تغییرات

 

درجه آزادی

میانگین مربعات

 

میزان پرولین کالوس

 

سرعت رشد نسبی کالوس

(RGR)

 

محتوای نسبی آب کالوس

(RWC)

محیط کشت

1

*80/641

*44/851

*85/783

واریته

4

**52/1079

**06/2398

*34/922

محیط کشت×واریته

4

*42/236

*55/587

**83/1058

خطای آزمایش

20

01/99

47/108

66/239

ضریب تغییرات

75/11

23/14

81/9

 

 

نتایج مقایسه میانگین واریته های گندم برای میزان پرولین، محتوای آب نسبی و سرعت رشد نسبی کالوس

نظر میزان پرولین واریته سرداری و سپس آذر 2 بیشترین میزان پرولین را دارا بودند که با نتایج آزمایش گلخانه ای و همچنین  نتایج مجد وهمکاران (1386) مطابقت داشت. همچنین بیشترین رشد نسبی کالوس و بیشترین نسبت آب موجود در کالوس متعلق به این واریته هاست. می توان نتیجه گرفت که تولید پرولین بیشتر با حفظ رطوبت نسبی ببشتر و در نتیجه سرعت رشد نسبی بیشتر در ارتباط است که شناسایی این ارتباطات  از لحاظ ژنتیکی و فیزیولوژیکی در واریته های گندم حایز اهمیت است(نمودارهای 1و2و3).

توجه: در نمودارهای زیر منظور از واژه ژنوتیپ ، ارقام می باشد.

 

نمودار1- مقایسه میانگین میزان پرولین کا لوس واریته های گندم

(G1 = PATO،  G2 =البرز،  G3 = آذر2،  G4 =WW33G   و  G5 = سرداری  )

 

 

نمودار 2-مقایسه میانگین محتوای نسبی آب در کا لوس واریته های گندم

(G1 = PATO،  G2 =البرز،  G3 = آذر2،  G4 =WW33G   و  G5 = سرداری  )

 

 

نمودار3- مقایسه میانگین سرعت رشد نسبی در کا لوس واریته های گندم

 (G1 = PATO،  G2 =البرز،  G3 = آذر2،  G4 =WW33G   و  G5 = سرداری  )

 

همچنین مقایسه میانگین محیط های کشت برای میزان پرولین، محتوای آب نسبی و سرعت رشد نسبی کالوس صورت گرفت.

نمودار های زیر نتایج مقایسه محیط های کشت را نشان می دهند. میزان پرولین در محیط بدون مانیتول کمتر از محیط حاوی مانیتول است. محتوای آب نسبی و سرعت رشد نسبی  در محیط بدون مانیتول بیشتر از محیط  دیگر است.

 

نمودار4- مقایسه میانگین محیط های کشت برای میزان پرولین کالوس برای 5 واریته گندم

 

   نمودار5- مقایسه میانگین محیط های کشت برای محتوای نسبی آب کالوس برای 5 واریته گندم

 

نمودار 6-مقایسه میانگین محیط های کشت برای سرعت رشد نسبی کالوس برای 5 واریته گندم

پرولین در محیط دارای مانیتول بیشتر از محیط بدون مانیتول است. در محیط حاوی مانیتول واریته سرداری بیشترین مقدار پرولین را دارد و سایر واریته ها اختلافی ندارند. همچنین محتوای آب نسبی و سرعت رشد نسبی کالوس ها در محیط حاوی مانیتول کمتر از محیط بدون مانیتول است. واریته های سرداری و آذر 2 در محیط حاوی مانیتول نسبت به 3 واریته دیگر مقدار رشد نسبی و محتوای نسبی آب کالوس بیشتری دارند.

 

 

نمودار 7-مقایسه میانگین اثر متقابل واریته در محیط برای میزان پرولین کالوس برای 5 واریته گندم

 

 

نمودار8- مقایسه میانگین اثر متقابل واریته در محیط برای محتوای نسبی آب کالوس برای 5 واریته گندم

 

نمودار9- مقایسه میانگین اثر متقابل واریته در محیط برای سرعت رشد نسبی کالوس برای 5 واریته گندم                 

نتایج تجزیه همبستگی

تجزیه همبستگی بین متغیر های اندازه گیری شده همگی مثبت و بسیار معنی دار گردید. از این همبستگی های شدیدا قوی می توان نتیجه گرفت که بالا بودن همبستگی بین صفات اندازه گیری شده در ارقام و ژنوتیپهای گندم  PATO،  البرز،  آذر2،  WW33G   و  سرداری  به علت اثرات غیر مستقیم و مثبت سایر متغیر ها بر یک متغیر است.

 

جدول2- تجزیه همبستگی ژنوتیپها و ارقام های گندم بر اساس متغیر های فیزیولوژیک مرتبط با تنش خشکی القا شده

پرولین

RWC

RGR

 

 

 

1

RGR

 

1

**95/0

RWC

1

**96/0

**97/0

پرولین

 

بحث

با توجه به نمودار 7 از نظر میزان پرولین واریته سرداری و سپس آذر 2 بیشترین میزان پرولین را دارا بودند . همچنین بیشترین رشد نسبی کالوس و بیشترین نسبت آب موجود در کالوس متعلق به این واریته هاست که با نتایج مجد وهمکاران (1386) مطابقت داشت.طبق گفته مجد و همکاران تنش خشکی باعث کاهش مقدار آب کالوس و افزایش پرولین می شود.از آنجا که بر طبق گفته مجد و همکاران تولید پرولین بیشتر با حفظ رطوبت نسبی ببشتر و در نتیجه سرعت رشد نسبی بیشتر در ارتباط است میتوان نتیجه گرفت که نتایج این آزمایش با گفته های مجد و همکاران مطابقت داشته و بر این اساس با اطمینان میتوان با توجه به نمودارهای  7 و 8 و 9 رقم سرداری را به عنوان مقاوم ترین رقم معرفی کرد.

Evalution of drought resistance of  crop varieties using physiological indices and specific metabolite changes  is an important method. Bread wheat  (Triticum aestivum) is the most important cereal inIran. Drought stress is a serious problem to produce all crops as well as wheat.. To evalution of drought resistance of bread wheat genotypes with mannitol , an experiment was conduct using factorial design based on randomized complete blocks design (RCBD). Five bread wheat genotypes incuding W33G, Alborz, Sardari, Pato and Azar-2 under two levels of mannitol ( check and mannitol) were evaluated in biology Department ofRaziUniversity,Kermanshah,Iran. Results of ANOVA and means comparing  showed the highest level of proline for Alborz and Sardari genotypes. in drought stress high, positive and significant correlation coefficients showed proline, total protein, sugar, sodium and potassium in plants were correlated and increased. These traits are the best indices for  drought stress  evalution.

تقدیر و تشکر

بدینوسیله از مدیریت محترم معاونت موسسه تحقیقات دیم (ایستگاه سرارود کرمانشاه) جناب آقای دکتر پورداد و مدیر محترم بخش غلات جناب آقای دکتر حق پرست جهت فراهم کردن مواد آزمایشی قدر دانی می نماییم.

 

REFRENCES

1-احسانپور، ع. الف. وف. امینی ،  1381. اثر تنش خشکی و تنش شوری در اندازه سلول‌های کالوس یونجه‌‌(Medicago sativa L.) ‌  در شرایط کشت در شیشه. مجله پژوهشی دانشگاه اصفهان (علوم پایه)، شماره،17: 140-133.

2- نورمحمدی،ق وعطا ء اله سیادت وعلی کاشانی(1377) زراعت غلات،انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز.

3-Al-khayri, J.M and Al-bahrany, A.M. 2004. Growth, water content and proline accumulation in drought stressed callus of date palm. Biologia Plantarum. 48: 105.

4-Bates, L.S., Waldern, R.P. and Teare, D. (1973). Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and soil, 39: 205-297 

5-Cellier, F., G. Conejero, J.C. Breitler, and F. Casse. 1998. Molecular and physiological responses to water deficit in drought-tolerant and drought-sensitive lines of sunflowers. Accumulation of dehydrin transcripts correlates with tolerance. Plant Physiol. 116:319–328. 

6-Errabii, T., Gandonou, C.B., Essalmani, H., Abrini, J., Idaomar, M and and Skali-Senhaji, N. (2006). African Journal of Biotechnology. 5 (16): 1488-1493. 

7-Kobayashi, F.,  E. Maeta  , A. Terashima  and S. Takumi . 2008. Positive role of a wheat HvABI5 ortholog in abiotic stress response of seedlings. Physiologia Plantarum Volume 134 Issue 1: 74 – 86.

 

8-Sabuhi, M. and M. alvanchi. 2008. Growth productivity of wheat inIran: an Emirical study. American-eurasian j., agric & environ. Sci,2 :51-53.

 

9-Siddique, M.R.B., H.Hamid, M.S. Islam. 1999. Drought stress effects on water relations of wheat. Bot. Bull. Acad. Sin, 41: 35-39. 

10-Siddique, M.R.B., H.Hamid, M.S. Islam. 1999. Drought stress effects on water relations of wheat. Bot. Bull. Acad. Sin, 41: 35-39.

 

 

 

 

 
/ 0 نظر / 25 بازدید