مطالعه متابولیسم فتوسنتزی و سیستم آنتی‌اکسیدانی سنبله و برگ پرچمی گندم نان تحت تنش خشکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، رشته اصلاح نباتات (بیولوژی مولکولی)، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشجوی دکتری تخصصی، رشته ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، گروه اصلاح نباتات، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 دکترای تخصصی اصلاح نباتات، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

4 بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی گلستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، گرگان، ایران

چکیده

تنش خشکی، یکی از عوامل اصلی تجمع گونه‌های فعال اکسیژن (ROSs) در اندام‌های مختلف گیاهان می‌باشد. این مسئله در کاهش عملکرد غلاتی همچون گندم تاثیرگذار است. سیستم آنتی‌اکسیدانی که شامل آنزیم‌ها و ژن‌های مختلفی است، مسئولیت سم‌زدایی گیاهان از ROSها را بر عهده دارد. در مطالعه حاضر، تفاوت در میزان فتوسنتزخالص (PN)، تعرق (E)، هدایت‌روزنه‌ای (gs)، کلروفیل (Chl)، میزان‌نسبی‌آب (RWC)، فعالیت برخی آنزیم‌ها و سطح رونوشت ژن‌های آنزیمی دخیل در سیستم آنتی‌اکسیدانی سنبله و برگ‌‌پرچمی گندم تحت شرایط آبیاری‌کامل (FC) و تنش‌خشکی (DS) از 0 تا 25 روز پس از گرده‌افشانی بررسی شدند. طرح آزمایشی مورد استفاده بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار بود. متوسط میزان پتانسیل آب خاک تیمار آبیاری‌کامل در حد ظرفیت مزرعه و تیمار تنش‌خشکی بر اساس رسیدن به محدوده 70 درصد آب مورد نیاز گیاه تا حد ظرفیت مزرعه بود. سطوح رونویسی ژن‌های APX، DHAR، MDHAR وGR  با استفاده از qRT-PCR اندازه‌گیری شد. به‌طور کلی، سنبله به‌ویژه تا روز پنجم پس از گرده‌افشانی با ثبت مقادیر (µmol) 5/4، (mmol) 36/0، (mmol) 49، (mg/g FW) 53/0 و (%) 90 به‌ترتیب برای پارامترهای PN، E، gs، Chl و RWC، ظرفیت بالایی به‌منظور مقابله با تنش خشکی در قیاس با برگ‌پرچمی داشت. تنش خشکی، عامل افزایش فعالیت‌های آنزیمی و بیان ژن سیستم آنتی‌اکسیدانی، به‌ویژه در روزهای 15 الی 20 پس از گرده‌افشانی بود و سنبله نسبت به برگ‌پرچمی افزون بر تجمع کمتر ROSها، درصد بیش‌تری از فعالیت آنزیمی و بیان ژن را داشت. این نتایج حاکی از پتانسیل بیش‌تر سنبله نسبت به برگ پرچمی در مقابله با تنش خشکی بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

Open Access

©2022 The author(s). This article is licensed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source.

مراجع

  1. Abebe, T., Melmaiee, K., Berg, V., & Wise, R. P. (2010). Drought response in the spikes of barley: gene expression in the lemma, palea, awn, and seed. Functional & Integrative Genomics, 10 (2), 191-205. https://doi.org/10.1007/s10142-009-0149-4
  2. Bagheri, A. R. (2013). Comparison of bread and durum wheat photosynthesis and yield under salt stress and salicylic applying condition. Plant Ecophysiology, 5(12), 1-11. (in Persian with English abstract).
  3. Bajjii, M., Lutts, S., & Kinet, K. M. (2001). Water deficit effects on solute contribution to osmotic adjustment as a function of leaf aging in three durum wheat (Triticum durum) cultivars performing in arid conditions. Plant Science, 160(4), 669-681. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(00)00443-X
  4. Chen, G. X., & Asada, K. (1989). Ascorbate peroxidase in tea leaves: occurrence of two isozymes and the differences in their enzymatic and molecular properties. Plant Cell Physiology, 30(7), 987-998. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a077844
  5. Ding, H., Liu, D., Liu, X., Li, Y., Kang, J., Lv, J., & Wang, G. (2018). Photosynthetic and stomatal traits of spike and flag leaf of winter wheat (Triticum aestivum) under water deficit. Photosynthetica, 56(2), 687-697. https://doi.org/10.1007/s11099-017-0718-z
  6. Emam, Y. (2011). Cereal production. Shiraz University Press. Iran. (in Persian).
  7. Gratao, P. L., Polle, A., Lea, P. J., & Azevedo, R. A. (2005). Making the life of heavy metal stressed plants a little easier. Functional Plant Biology, 32(6), 481-494.
  8. Grace, S. C., & Logan, B. A. (1996). Acclimation of foliar antioxidant systems to growth irradiance in three broadleaved evergreen species. Plant Physiology, 112(4), 1631-1640. https://doi.org/10.1104/pp.112.4.1631
  9. Hein, J. A., Sherrard, M. E., Manfredi, K. P., & Abebe, T. (2016). The fifth leaf and spike organs of barley (Hordeum vulgare) display different physiological and metabolic responses to drought stress. BMC Plant Biology, 16, 1-12.
  10. Huseynova, I. M. (2012). Photosynthetic characteristics and enzymatic antioxidant capacity of leaves from wheat cultivars exposed to drought. Biochimica et Biophysica Acta, 1817, 1516-1523. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2012.02.037
  11. Jia, S., Lv, J., Jiang, S., Liang, T., Liu, C., & Jing, Z. (2015). Response of wheat ear photosynthesis and photosynthate carbon distribution to water deficit. Photosynthetica, 53(1), 95-109. https://doi.org/10.1007/s11099-015-0087-4
  12. Kang, G. Z., Li, G. Z., Liu, G. Q., Xu, W., Peng, X. Q., Wang, C. Y., Zhu, Y. J., & Guo, T. C. (2013). Exogenous salicylic acid enhances wheat drought tolerance by influence on the expression of genes related to ascorbate-glutathione cycle. Biologia Plantarum, 57(4), 718-724. https://doi.org/10.1007/s10535-013-0335-z
  13. Liu, E. K., Mei, X. R., Yan, C. R., Gong, D. Z., & Zhang, Y. Q. (2016). Effects of water stress on photosynthetic characteristics, dry matter translocation and WUE in two winter wheat genotypes. Agricultural Water Management, 167, 75-85. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2015.12.026
  14. Liu, S., Liu, S., Wang, M., Wei, T., Meng, C., Wang, M., & Xia, G. (2014). A wheat SIMILAR TO RCD-ONE gene enhances seedling growth and abiotic stress resistance by modulating redox homeostasis and maintaining genomic integrity. Plant Cell, 26(1), 164-180. https://doi.org/10.1105/tpc.113.118687
  15. Liu, Y., Liang, H., Lv, X., Liu, D., Wen, X., & Liao, Y. (2016). Effect of polyamines on the grain filling of wheat under drought stress. Plant Physiology & Biochemistry, 100, 113-129. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.01.003
  16. Lou, L., Li, X., Chen, J., Li, Y., Tang, Y., & Lv, J. (2018). Photosynthetic and ascorbate-glutathione metabolism in the flag leaves as compared to spikes under drought stress of winter wheat (Triticum aestivum). PLOS ONE, 13(3), 1-18. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194625
  17. Martinez, D. E., Luquez, V. M., Bartoli, C. G., & Guiamet, J. J. (2003). Persistence of photosynthetic components and photochemical efficiency in ears of water‐stressed wheat (Triticum aestivum). Physiologia Plantarum, 119(4), 519-525. https://doi.org/10.1046/j.1399-3054.2003.00195.x
  18. Mitchell, R. A. C., Mitchell, V. J., & Lawlor, D. W. (2001). Response of wheat canopy CO2 and water gas-exchange to soil water content under ambient and elevated CO2. Global Change Biology, 7(5), 599-611. https://doi.org/10.1046/j.1354-1013.2001.00431.x
  19. Moumita, M., Mahmud, J. A., Biswas, P. K., Nahar, K., Fujita, M., & Hasanuzzaman, M. (2019). Exogenous application of gibberellic acid mitigates drought-induced damage in spring wheat. Acta Agrobotanica, 72(2), 1-18. https://doi.org/10.5586/aa.1776
  20. Mumtaz-Khan, M., Hendry, G. A. F., & Usman, M. (2002). Light promotes free radical processes in Citrus (Citrus paradise) seeds. International Journal of Agriculture & Biology, 4(2), 199-203.
  21. Nezhadahmadi, A., Hossain-Prodhan, Z., & Faruq, G. (2013). Drought Tolerance in Wheat. The Scientific World Journal, 11(1), 610-721. https://doi.org/10.1155/2013/610721
  22. Parvaee, P., Mondanizadeh, M., Khansarinejad, B., & Emami-Razavi, A. N. (2016). To select the appropriate reference gene for normalizing the quantitative data to assess microRNAs in plasma samples of patients with gastric cancer. Journal of Arak University Medical Sciences, 19(5), 12-20. (in Persian with English abstract).
  23. Pinto, M. C. D., Tommasia, F., & Garaa, L. D. (2000). Enzymes of the ascorbate biosynthesis and ascorbate-glutathione cycle in cultured cells of Tobacco Bright Yellow 2. Plant Physiology & Biochemistry, 38(7), 541-550. https://doi.org/10.1016/S0981-9428(00)00773-7
  24. Poljakoff-Mayber, A., & Gale, J. (2012). Physiological basis and practical problems of reducing transpiration. pp. 277-306. Plant responses and control of water balance. in: T. T. Kozlowski eds. Academic Press Inc., New York.
  25. Rawson, H. M., Richards, R. A., & Munns, R. (1988). An examination of selection criteria for salt-tolerance in wheat, barley and triticale genotypes. Australian Journal of Agricultural Research, 39(5), 759-772. https://doi.org/10.1071/AR9880759
  26. Reddy, A. R., Chaitanya, K. V., & Vivekanandan, M. (2004). Drought-induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants. Journal of Plant Physiology, 161(11), 1189-1202. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2004.01.013
  27. Reynolds, M. P., Mujeeb‐Kazi, A., & Sawkins, M. (2005). Prospects for utilizing plant‐adaptive mechanisms to improve wheat and other crops in drought‐and salinity‐prone environments. Annals of Applied Biology, 146(2), 239-259. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2005.040058.x
  28. Robert, C., Bancal, M. O., Ney, B., & Lannou, C. (2005). Wheat leaf photosynthesis loss due to leaf rust, with respect to lesion development and leaf nitrogen status. New Phytologist, 165(1), 227-241. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2004.01237.x
  29. Rubia, L., Rangan, L., Choudhury, R. R., Kamínek, M., Dobrev, P., Malbeck, J., Fowler, M., Slater, A., Scott, N., & Bennett, J. (2014). Changes in the chlorophyll content and cytokinin levels in the top three leaves of new plant type rice during grain filling. Journal of Plant Growth Regulation, 33, 66-76.
  30. Sanchez-Bragado, R., Elazab, A., Zhou, B., Serret, M. D., Bort, J., Nieto-Taladriz, M. T., & Araus, J. L. (2014). Contribution of the ear and the flag leaf to grain filling in durum wheat inferred from the carbon isotope signature: genotypic and growing conditions effects. Journal of Integrative Plant Biology, 56(5), 444-454. https://doi.org/10.1111/jipb.12106
  31. Shahinnia, F., Le-Roy, J., Laborde, B., Sznajder, B., Kalambettu, P., Mahjourimajd, S., Tilbrook, J., & Fleury, D. (2016). Genetic association of stomatal traits and yield in wheat grown in low rainfall environments. BMC Plant Biology, 16, 1-14. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0838-9
  32. Sharma, P., Jha, A. B., Dubey, R. S., & Pessarakli, M. (2012). Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. Journal of Botany, 2012, 1-26.
  33. Siosemardeh, A., Ahmadi, A., Poustini, K., & Ebrahimzadeh, H. (2003). Stomatal and nonstomatal limitations to photosynthesis and their relationship with drought resistance in wheat cultivars. Iranian Journal Agriculture Science, 34(4), 93-106. (in Persian with English abstract).
  34. Smart, R. E., & Bingham, G. E. (1974). Rapid estimates of relative water content. Plant Physiology, 53(2), 258-260. https://doi.org/10.1104/pp.53.2.258
  35. Tambussi, E. A., Bort, J., Guiamet, J. J., Nogués, S., & Araus, J. L. (2007). The photosynthetic role of ears in C3 cereals: metabolism, water use efficiency and contribution to grain yield. Critical Reviews in Plant Sciences, 26(1), 1-16. https://doi.org/10.1080/07352680601147901
  36. Tambussi, E. A, Nogués, S., & Araus, J. L. (2005). Ear of durum wheat under water stress: water relations and photosynthetic metabolism. Planta, 221(3), 446-58. https://doi.org/10.1007/s00425-004-1455-7
  37. Turkan, I., Bor, M., Ozdemir, F., & Koca, H. (2005). Differential responses of lipid peroxidation and antioxidants in the leaves of drought-tolerant acutifolius Gray and drought-sensitive P. vulgaris L. subjected to polyethylene glycol mediated water stress. Plant Science 168(1): 223-231. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2004.07.032
  38. Wardlaw, I. F. (2002). Interaction between drought and chronic high temperature during kernel filling in wheat in a controlled environment. Annals of Botany, 90(4), 469-476. https://doi.org/10.1093/aob/mcf219
  39. Xu, J., Zhang, Y., Guan, Z., Wei, W., Han, L., & Chai, T. (2008). Expression and function of two dehydrins under environmental stresses in Brassica juncea Molecular Breeding, 21, 431-438. https://doi.org/10.1007/s11032-007-9143-5
  40. Zhong, L., Xu, Y., & Wang, J. (2009). DNA-methylation changes induced by salt stress in wheat Triticum aestivum. African Journal of Biotechnology, 8(22), 6201-6207. https://doi.org/10.5897/AJB09.1058
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 14 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری: 21 خرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 28 خرداد 1401
  • تاریخ اولین انتشار: 28 خرداد 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار