تغییرات میزان تعرق کوتیکولی، موم و کریستال‌های موم برگ ژنوتیپ‌های جو در پاسخ به تنش خشکی انتهایی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت - ایران

2 دانشیار، گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت - ایران

3 . استادیار، بخش تحقیقات فیزیولوژی مولکولی، پژوهشکدۀ بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج - ایران

4 استاد، گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت - ایران

چکیده

به‌منظور بررسی اثر تنش کم‌آبی آخر فصل بر ویژگی‌های برگ و ارتباط آن با عملکرد دانۀ ژنوتیپ‌های جو (’یوسف‘، ’فجر30‘، ’نصرت‘، ‘PBYT-46’، ‘PBYT-97’ و ’موروکو‘)، دو آزمایش جداگانه در شرایط تنش (قطع آبیاری از شروع گلدهی تا پایان فصل) و بدون تنش (‌آبیاری - شاهد) در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار، در ایستگاه تحقیقاتی یزد، در سال زراعی90-1389 به‌‌اجرا درآمد. تنش خشکی سبب کاهش معنادار شاخص سطح برگ و سبزینگی برگ و افزایش معنادار دمای کانوپی و لوله‌ شدن برگ شد و مقدار موم ‌برگ در مرحلۀ 21 روز پس از گلدهی را نیز به‌طور معناداری افزایش داد. بررسی‌ها با میکروسکوپ الکترونی جاروب (SEM) نیز افزایش پراکندگی کریستال‌های موم اپیکوتیکولی را در ژنوتیپ‌های ’یوسف‘ و ‘PBYT-46’ در شرایط تنش تأیید کرد. ژنوتیپ ’فجر30‘ با بیشترین میزان تعرق کوتیکولی و دمای کانوپی، بیشترین درصد کاهش عملکرد ‌دانه و ژنوتیپ‌های ’یوسف‘ و ‘PBYT-46’ با دارا بودن تراکم بیشتر کریستال‌های موم اپیکوتیکولی، دمای کانوپی و تعرق کوتیکولی کمتر و کاهش کمتر کلروفیل در شرایط تنش، کمترین درصد کاهش عملکرد ‌دانه را به خود اختصاص دادند. با توجه به نبود همبستگی معنادار بین مقدار موم برگ و عملکرد‌ دانه در هر دو شرایط تنش و شاهد و در شرایط تنش به‌تنهایی، به‌نظر می‌رسد افزایش کریستال‌های موم اپیکوتیکولی تأثیر بیشتری نسبت به کمیت موم در تحمل به خشکی انتهای فصل ژنوتیپ‌های جو داشته باشد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Changes in cuticular transpiration, leaf wax and leaf wax crystals of barley genotypes in response to terminal drought stress

نویسندگان [English]

  • Sanaz Afshari-Behbahanizadeh 1
  • Gholam Ali Akbari 2
  • Maryam Shahbazi 3
  • Iraj Alahdadi 4
1 Ph.D. Student, Department of Agronomy and Plant Breeding Sciences, College of Abouraihan, University of Teheran, Pakdasht - Iran
2 . Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding Sciences, College of Abouraihan, University of Tehran, Pakdasht - Iran
3 3 . Assistant Professor, Department of Molecular Physiology, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj - Iran
4 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding Sciences, College of Abouraihan, University of Tehran, Pakdasht – Iran
چکیده [English]

In order to evaluate the effect of terminal water deficit stress on leaf traits and their relations to grain yield in different barley genotypes (‘Yousof’, ‘Fajr30’, ‘Nosrat’, ‘PBYT-46’, ‘PBYT-97’ and ‘Morocco’), two separated experiments were conducted in stress (water withholding from anthesis towards the end of growing season), and non stress (normal irrigation) conditions based on RCBD with three replications in 2010-2011 at Yazd Agricultural Research Station. The results indicated that drought stress significantly reduced leaf area index, greeness and increased canopy temperature and leaf rolling. Also, drought stress significantly increased epicuticular wax content at 21 days after anthesis. Studying by Scanning Electron Microscope (SEM) confirmed the increased dispersal of leaf wax crystals in leaf surface in ‘Yousof’ and ‘PBYT-46’ genotypes. ‘Fajr30’ genotype with the highest amount of cuticular transpiration and canopy temperature had the highest reduction in grain yield and ‘Yousof’ and ‘PBYT-46’ genotypes with higher amount of wax crystals dispersal, lower amount of cuticular transpiration, canopy temperature and greeness reduction in stress condition, had the least reduction percentage in grain yield. According to the non significant correlation between leaf wax and grain yield in both conditions (stress and normal) and in stress condition, it seems that increased epicuticular wax crystals had a more effective role than the quantity of wax in drought tolerance of barley genotypes.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Canopy temperature
  • Grain yield
  • leaf area index
  • Leaf rolling
  • SEM
  • Yazd
1 . حداد ر و سالک جلالی م (1388) بررسی میزان پروتئین و فعالیت آنزیم‎های آنتی­اکسیدانت تحت تنش کمبود آب در لاین‌های جو. فن‌آوری تولیدات کشاورزی. 9(2): 1-

2 . سلطانی ا (1389) کاربرد نرم‌افزاز SAS در تجزیه‌های آماری. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. 182 ص.

3 . صالحی م، کوچکی ع و نصیری محلاتی م (1382) میزان نیتروژن و کلروفیل برگ به‌عنوان شاخصی از تنش خشکی در گندم. پژوهش‌های زراعی ایران. 1(2): 199-205.

4 . فصیحی خ (1373) مقایسه رشد، عملکرد و اجزای عملکرد ارقام گندم پاییزه در اصفهان. دانشکدۀ کشاورزی صنعتی اصفهان. اصفهان. پایان­نامه کارشناسی ارشد.

5 . ممنوعی ا و سیدشریفی ر (1389) بررسی اثر کمبود آب بر شاخص‌های فلورسانس کلروفیل و میزان پرولین در شش ژنوتیپ جو و رابطۀ آن با دمای آسمانه و عملکرد. زیست­شناسی گیاهی. 2(5): 51-62.

6 . میری ح ر (1389) تأثیر تنش خشکی بعد از گلدهی بر میزان مشارکت ذخایر ساقه در عملکرد دانه ارقام گندم. تولید گیاهان زراعی. 3 (1): 1-19.

7 . Araus JL, Febrero A and Vendrell P (1991) Epidermal conductance in different parts of durum wheat grown under Mediterranean conditions: the role of epicuticular waxes and stomata. Plant, Cell and Environment. 14: 545-58.

8 . Ashraf M (2010) Inducing drought tolerance in plants: recent advances. Biotechnology Advances. 28(1): 169-183.

9 . Ashraf MY, Azmi AR, Khan AH and Ala SA (1994) Effect of water stress on total phenols, peroxides activity and chlorophyll content in wheat. Acta Physiologiae Plantarum. 16(3): 185-191.

10 . Baik BK and Ullrich SE (2008) Barley for food: characteristics, improvement, and renewed interest. Journal of Cereal Science. 48(2): 233-242.

11 . Bannayan M, Sanjani S, Alizadeh A, Lotfabadi SS and Mohamadian A (2010) Association between climate indices, aridity index, and rainfed crop yield in northeast of Iran. Field Crops Research. 118: 105-114.

12 . Beattie GA and Marcell LM (2002) Effect of alternations in cuticular wax biosynthesis on the physicochemical properties and topography of maize leaf surfaces. Plant, Cell and Environment. 25: 1-16.

13 . Cameron KD and Teece MA (2006) Increased accumulation of cuticular wax and expression of lipid transfer protein in response to periodic drying events in leaves of tree tobacco. Plant Physiology. 140: 176-183.

14 . Ceccarelli S, Grando S, Maatougui M, Michael M, Slash M, Haghparast R, Rahmanian M, Taheri A, Al-Yassin A, Benbelkacem A, Labdi M, Mimoun H and Nachit M (2010) Plant breeding and climate changes. Journal of Agricultural Science. 148(6): 627-637.

15 . Chatterton NJ, Hanna WW, Powell JB and Lee DR (1975) Photosynthesis and transpiration of bloom and bloomless Sorghum. Canadian Journal of Plant Science. 55: 641-3.

16 . Clarke JM and Richards RA (1988) The effects of glaucousness, epicuticular wax, leaf age, plant height, and growth environment on water loss rates of excised wheat leaves. Canadian Journal of Plant Science. 68 (4): 975-982.

17 . David M (2009) Osmotic adjustment capacity and cuticular transpiration in several wheat cultivars cultivated in Algeria. Romanian Agricultural Research. 26: 29-33.

18 . Ebercon A, Blum A and Jordan WR (1977) A rapid colorimetric method for epicuticular wax content of sorghum leaves. Crop Science. 17(1): 179-180.

19 . Francia E, Tondelli A, Rizza F, Badeck FW, Li Destri Nicosia O, Akar T, Grando S, Al-Yassin A, Benbelkacem A, Thomas WTB, Eeuwijk FV, Romagosa I, Stanca AM and Pecchioni N (2011) Determinants of barley grain yield in a wide range of Mediterranean environments. Field Crops Research. 120: 169-178.

20 . González A and Ayerbe L (2010) Effect of terminal water stress on leaf epicuticular wax load, residual transpiration and grain yield in barley. Euphytica. 172(3): 341-349.

21 . Islam MA, Du H, Ning J, Ye H and Xiong L (2009) Characterization of Glossy1-homologous genes in rice involved in leaf wax accumulation and drought resistance. Plant Molecular Biology. 70(4): 443-456.

22 . Jeffree CE (2006) The fine structure of the plant cuticle. In: Riederer M and Muller C (eds.). Biology of the plant cuticle. Oxford, Blackwell Publishing. Pp. 111-144.

23 . Jenks MA and Ashworth EN (1999) Plant epicuticular waxes: function, production, and genetics. Horticultural Review. 23: 1-68.

24 . Ji X, Shiran B, Wan J, Lewis DC, Jenkins CLD, Condon AG, Richards RA and Dolferus R (2010) Importance of pre-anthesis anther sink strength for maintenance of grain number during reproductive stage water stress in wheat. Plant, Cell and Environment. 33(6): 926-942.

25 . Johnson DA, Richards RA and Turner NC (1983) Yield, water relations, gas exchange, and surface reflectance or near- isogenic wheat lines differing in glaucousness. Crop Science. 23: 318-325.

26 . Jones HG, Serraj R, Loveys BR, Xiong L, Wheaton A and Price AH (2009) Thermal infrared imaging of crop canopies for the remote diagnosis and quantification of plant responses to water stress in the field. Functional Plant Biology. 36: 978-989.

27 . Jordan WR, Shouse PJ, Blum A, Miller FR and Monk RL (1984) Environmental physiology of sorghum. II. Epicuticular wax load and cuticular transpiration. Crop Science. 24(6): 1168-73.

28 . Kadioglu A, Terzi R, Saruhan N and Saglam A (2012) Current advances in the investigation of leaf rolling caused by biotic and abiotic stress factors. Plant Science. 182: 42-48.

29 . Khaliq I, Irshad A and Ahsan M (2008) Awns and flag leaf contribution towards grain yield in spring wheat (Triticum aestivum L.). Cereal Research Communications. 36(1): 65-76.

30 . Kim KW, Ahn JJ and Lee JH (2009) Micromorphology of epicuticular wax structures of the garden strawberry leaves by electron microscopy: Syntopism and polymorphism. Micron. 40(3): 327-334.

32 . Lawlor DW and Tezara W (2009) Causes of decreased photosynthetic rate and metabolic capacity in water-deficient leaf cells: a critical evaluation of mechanisms and integration of processes. Annals of Botany. 103: 543-549.

32 . Marenco RA, Antezana-Vera S and Nascimento HCS (2009) Relationship between specific leaf area, leaf thickeness, leaf water content and SPAD-502 readings in six Amazonian tree species. Photosynthetica. 47(2): 184-190.

33 . Monneveux P and Ribaut JM (2011) Practical measurement of generic drought adaptation- related traits. In: Monneveux P and Ribaut JM (Eds.), Drought phenotyping in crops: from theory to practice. CGIAR Generation Challenge Programme, CIMMYT, Texcoco, Mexico. Pp. 451-475.

34 . Muller C (2006) Plant–insect interactions on cuticular surfaces. In: Riederer M and Muller C (Eds.), Biology of the plant cuticle. Oxford, Blackwell Publishing. Pp. 398-422.

35 . Pask AJD, Pietragalla J, Mullan DM and Reynolds MP (2012) Physiological Breeding II: A Field Guide to Wheat Phenotyping. CIMMYT, Mexico, 133 p.

36 . Passioura JB, Condon AG and Richards RA (1993) Water deficits, the development of leaf area and crop productivity. In: Smith JAC and Griffiths H (Eds.), Water deficits, plant responses from cell to community. UK, Bios Scientific Publishers. Pp. 253-264.

37 . Rawson HM and Clarke JM (1988) Nocturnal transpiration in wheat. Australian Journal of Plant Physiology. 15: 397-406.

38 . Reid DA and Wiebe GA (1968) Taxonomy, botany, classification and world collection. In: Reid DA and Wiebe GA (Eds.), Barley: Origin, botany, culture, winter-hardiness, genetics, utilization, pests. Agriculture Hand book No. 338. Agricultural Research Service. US Department of Agriculture. Washington, DC. Pp. 61-84.

39 . Richards RA (1984) Glaucousness in wheat, its effect on yield and related characteristics in dryland environments, and its control by minor genes. Proceedings of the 6th International Wheat Genetics Symposium. Kyoto, Japan. 447-451.

40 . Shamsi K (2010) The effects of drought stress on yield, relative water content, proline, soluble carbohydrates and chlorophyll of bread wheat cultivars. Journal of Animal and Plant Sciences. 8(3): 1051-1060.

41 . Shepherd T and Griffiths DW (2006) The effects of stress on plant cuticular waxes. New Phytologist. 171: 469-499.

42 . Thameur A, Ferchichi A and Lopez-Carbonell M (2011) Quantification of free and conjugated abscisic acid in five genotypes of barley (Hordeum vulgare L.) under water stress conditions. South African Journal of Botany. 77: 222-228.

43 . Zadoks JC, Chang TT and Konzak CF (1974) A Decimal Code for the Growth Stages of Cereals. Weed Research. 14: 415-421.