بررسی همزیستی اندوفایت روی صفات مورفولوژیکی و بِیوشیمیایی در گونه چمانواش بلند تحت تنش خشکی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو

2 هیات علمی گروه باغبانی دانشگاه گیلان

3 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

4 عضو هیات علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی شمال غرب و غرب کشور

چکیده

سابقه و هدف: چمن فسکویی بلند (Festuca arundinacea schreb) از وسیع ترین جنسها در خانواده گرامینه است و اندوفایت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های علفی، قارچ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی از خانواده Clavicipitaceae و از جنس Neotyphodium هستند که گراس‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های زیر خانواده Poaceae را به صورت سیستمیک آلوده می کنند و کشف رابطه همزیستی مطلوب بین چمن فستوکا و قارچ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اندوفایت، متخصصان اصلاح نباتات را به استفاده از این رابطه در ایجاد گیاهان دارای عملکرد بهینه و عادات رشدی کاراتر در شرایط تنش ترغیب کرده است. در این پژوهش اثر تنش خشکی (14 روز خشکی و کنترل) و قارچ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اندوفایت و ژنوتیپ گیاه (والد مادری و نتاج) بر تغییرات فیزیولوژیک و مورفولوژیک مانند پرولین، کلروفیل ، کاروتنوئید، وزن تر و خشک و مقایسه میزان رشد طولی گیاه مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها: گیاهچههای ژنوتیپ فسکیوی بلند از کلکسیون موجود در پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی شمال غرب و غرب کشور به صورت E+ تهیه شدند. جهت همسان شدن نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، یک گیاهچه E+ با استفاده از روش تقسیم پنجه‌ها به مدت 2 ماه تکثیر شدند و برای تهیه گیاهچه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های E-تعدادی از نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های E+ در اوایل تکثیر دو مرتبه با فاصله 10 روز توسط قارچ کش پروپیکونازول با غلظت 2 گرم در لیتر ماده مؤثره تیمار شدند و پس از انجام تست وجود یا عدم وجود قارچ اندوفایت با استفاده از رنگ آمیزی رزبنگال، به گیاهان شامل دو ژنوتیپ گیاهی والد مادری و نتاج، پس از 20 روز استقرار در گلدان‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها تیمارهای آبی شامل شاهد (100 درصد ظرفیت مزرعه)، تنش خشکی به مدت 14 روز (25درصد ظرفیت مزرعه) و 14 روز آبدهی دوباره پس از بازیابی در دو تکرار به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی اعمال شد. سپس صفاتی که ذکر شد اندازه‌گیری و تجزیه واریانس داده‌ها با استفاده از نرم افزار آماری SAS صورت گرفت و برای مقایسه میانگینها از آزمون دانکن استفاده شد.
یافته ها: نتایج نشان داد مقدار پرولین برای تنش آبی و نوع گونه در سطح احتمال 0/01 درصد معنی دار شد و بیشترین مقدار پرولین (2/96 میلی گرم در گرم وزن تر) در شرایط تنش و برای گونه نتاج بدست آمد و اثر قارچ اندوفایت چشمگیر نبود. از طرفی میزان کلروفیل، کاروتنوئید و رشد رویشی گیاه قبل از تنش در مورد اثرات مورد آزمایش معنی دار نشد. در مورد وزن تر و خشک گیاه، اثرات تنش آبی، قارچ اندوفایت، ژنوتیپ گیاهی و برهمکنش این سه اثر بر هم بسیار معنی دار شد (P <0/01) و بیشترین مقدار وزن تر (1/167گرم) و وزن خشک (0/184گرم) به ترتیب مربوط به ژنوتیپ نتاج و ژنوتیپ والد بدون اندوفایت و در شرایط کنترل بود. کمترین مقدار وزن خشک (0/025گرم) در گونه نتاج بدون اندوفایت و در شرایط تنش بود. برای رشد اندام هوایی دو هفته بعد از تنش نیز اثر تنش آبی و برهمکنش دو اثر تنش و ژنوتیپ گیاه نیز در سطح احتمال 0/01 درصد معنی دار شد و بیشترین ارتفاع (31/25سانتی متر) را گونه نتاج در شرایط کنترل داشت.
نتیجه گیری: برای مدیریت این تنش بهتر است از گونه والد که در شرایط تنش هم وزن خشک بالاتری داشته و هم رشد طولی بهتری بعد از دو هفته تنش داشت استفاده شود از طرفی در مورد نقش اندوفایت در این پژوهش همانطور که مشاهده شد تاثیر قابل توجهی دیده نشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study on endophytic symbiosis on morphological and biochemical traits on fescue grass species under drought stress

نویسندگان [English]

  • seyede azadeh alinaghi maddah 1
  • reza mohammadi 4
1
2
3
4
چکیده [English]

Background and objective:Tall fescue (Festuca arundinacea schreb) is one of the most extensive genus in the Gramineae family, and herbaceous endophytes are fungi of the Clavicipitaceae family and Neotyphodium genus that infect systematically the Poaceae grasses and discover the symbiotic relationship between festuca and endophytic fungi has encouraged plant breeding experts to use this relationship to create plants that have optimal performance and more effective growth habits in stress conditions. In this study, the effect of drought stress (14 days drought and control) and endophyte fungi and plant genotype (parent and offspring) on physiological and morphological changes such as proline, chlorophyll, carotenoids, fresh and dry weight and the comparison of length of plant growth have been investigated.
Materials and Methods: Seedlings of tall-fescue genotypes were prepared from the collection of Research Institute of Agricultural Biotechnology in the North West and West of the country. In order to match the samples, an E+ seedling was reproduced for 2 months by using the paw division method and for preparing E- seedlings, a number of E+ samples were propagated twice in 10 days intervals by propiconazole fungicide with 2 g/L of active ingredient concentrations . After testing the presence or absence of endophytic fungi, by using Rosebangal staining, water treatments including (control) 100% field capacity), drought stress for 14 days (25% field capacity) and 14 days recharge after retrieval for two genotypes of parent and offspring, after 20 days of settling in pots, in two replications in the form of a completely randomized design was applied. Then the traits mentioned were measured and analyzed by SAS statistical software. Duncan's test was used to compare the means.
Results: The results showed that proline content for water stress and species type was significant at 0.01% probability level and the highest amount of proline (2.96 mg/g fresh weight) was obtained under stress and for offspring and the effect of endophyte fungi was not significant. On the other hand, chlorophyll, carotenoids content and vegetative growth of the plant before the stress about the effects of the trial were not significant. In terms of fresh and dry weight of the plant, the effects of water stress, endophytic fungus, plant genotype and interaction of these three effects were significant (P <0.01) and the highest fresh weight (1.167 g) and dry weight (0.184 g) were related to offspring genotype and parent genotype without endophyte and under control conditions. The lowest dry weight (0.225 g) was in endophytic offspring and under stress conditions. For growth of shoot, two weeks after stress, the effect of water stress and interactions between stress and plant genotype was significant at 0.01% level and the highest height (31.25 cm) was observed in the offspring under control conditions.
Conclusion: In order to manage this stress, it is better to use the parent species, which had higher dry weight under stress conditions and better growth after two weeks. On the other hand, about the role of endophyte in this study, as seen, no significant effect has been observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carotenoid
  • chlorophyll
  • Drought stress
  • Endophytic fungi
  • Proline

مراجع

1.Ahmadi, A. and Siocemardeh, A. 2004. Effect of drought stress on soluble carbohydrate, chlorophyll and Proline in four adopted wheat cultivars with various climate of Iran. Agr. Sci. 35: 753-763.
2.Antolin, M., Yoller, C. and Sanchez- Diaz, M. 1995. Effects of temporary drought on nitrate- fed and nitrogen fixing alfalfa plants. Plant Sci. 107: 159-165.
3.Arechavaleta, M., Bacon, C.W., Hoveland, C.S. and Radcliffe, D.E. 1989. Effect of the tall fescue endophyte on plant response to environmental stress. Agron. J. 81: 83-90.
4.Bates, I.S., Waldern, R.P. and Tear, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil. 39: 205-207.
5.Boggess, S.F., Stewart, C.R., Aspinall, D. and Paleg, L.G. 1976. Plant Physiol. 58: 398.
6.Boggess, S.F. and Stewart, C.R. 1976. Contribution arginine to proline accumulation in water-stressed barley leaves. Plant Physiol. 58: 796-797.
7.Bokhari, U.G. and Trent, J.D. 1985. Proline concentrations in water stressed grasses. J. Range. Manage. 38: 37-38.
8.Borrell, A.K., Hummer, G.L. and Douglas, A.C.L. 2000. Does maintaining green leaf area in sorghum improve yield under drought. I. Leaf growth and senescence. Crop Sci. 40: 1026-1037.
9.Carrow, R.N. 1996. Drought resistance aspects of turfgrass in the southeast: Root-Shoot responses. Crop Sci. 36: 687-694.
10.Castrillo, M. and Calcargo, A.M. 1989. Effects of water stress and rewatering on ribulose-I,5-bisphosphate carboxylase activity, chlorophyll and protein contents in two cultivars of tomato. J. Hort. Sci. 64: 6. 717-724.
11.Feldhake, C.M., Danielson, R.E. and Butler, J.D. 1984. Turfgrass evapotranspiration. II. Responses to deficit irrigation. Agron. J. 76: 85-89.
12.Fischer, R.A. and Turner, N.C. 1978. Plant productivity in the arid and semiarid zones. Annu. Rev. Plant Physiol. 29: 277-317.
13.Foyer, C.H., Valadier, M.H., Migge, A. and Becker, T.W. 1998. Drought induced effects on reductase activity and mRNA and on the coordination of nitrogen and carbon metabolism in maize leaves. Plant Physiol. 117: 283-292.
14.Fu, J. and Huang, B. 2001. Involvement of antioxidants and lipid peroxidation in the adaptation of two cool-season grasses to localized drought stress. Environ. Exp. Bot. 45: 105-114.
15.Fu, J., Fry, J. and Huang, B. 2004. Minimum water requirements of four turfgrasses in the transition zone. Hort. Sci. 39: 1740-1744.
16.Hill, N.S., Belesky, D.P. and Stringer, W.C. 1991. Competitiveness of tall fescueas influenced by Acremonium coenophialum. Crop Sci. 31: 185-190.
 17.Iannucci, A., Russo, M., Arena, L., Difonzo, N. and Martiniello, P. 2002. Water deficit effects on osmotic adjustment and solute accumulation in leaves of annual clovers, Europ. J. Agron. 16: 111-122.
18.Hsiao, T.C. and Xu, L.K. 2000. Sensitivity of growth of roots versus leaves to water stress: biophysical analysis and relation to water transport. J. Exp. Bot. 51: 1595-1616.
19.Huang, B. and Fry, J.D. 1998. Root anatomical, physiological and morphological responses to drought stress for tall fescue cultivars. Crop Sci. 38: 1017-1022.
20.Jiang, H. and Fry, J. 1998. Drought responses of perennial ryegrass treated with plant growth regulators. Hort. Sci. 33: 270-273.
21.Jiang, Y. and Huang, B. 2001. Drought and heat stress injury to two cool-season turfgrass in relation to antioxidant metabolism and lipid peroxidation. Crop Sci. 41: 436-442.
22.Kao, C.H. 1981. Senescence of rice leaves. VI. Comparative study of the metabolic changes of senescing turgid and water-stressed excised leaves. Plant Cell Physiol. 22: 683-685.
23.Kramer, P.J. 1988 Changing concepts regarding plant water relations. Plant Cell Environ. 11: 565-568.
24.Kulshreshtha, S., Mishra, D.P. and Gupta, R.K. 1987. Changes in content of chlorophyll, proteins and lipids in whole chloroplast and chloroplast membrane fractions at different leaf water potentials in drought resistant and sensitive genotypes of wheat. Photosynthetica. 21: 1. 65-70.
25.Lichtenthaler, H.K. 1987. Chlorophyll and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol. 148: 350-382.
26.Manuchehri, R. and Salehi, H. 2015. Morphophysiological and biochemical changes in tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) under combined salinity and deficit irrigation stresses. Desert. 20: 1. 29-38.
27.Marks, S. and Clay, K. 1996. Physiological responses of Festuca arundinacea to fungal endophyte infection. New Phytol. 133: 727-733.
28.Nayyar, H. and Walia, D.P. 2003. Water stress induced proline accumulation in contrasting wheat genotypes as affected by calcium and abscisic acid. Biol. Plantarum. 46: 275-279.
29.Passioura, J.P. 1988. Water Uptake and transport roots. Annu. Rev. Plant Physiol. 39: 245-265.
30.Pedrol, N., Ramos, P. and Riegosa, M.J. 2000. Phenotypic plasticity and acclimation to water deficits in velvetgrass: a long-term greenhouse experiment. Changes in leaf morphology, photosynthesis and stress-induced metabolites. Plant Physiol. 157: 383-393.
31.Pessarkli, M. 1999. Hand book of Plant and Crop Stress. Marcel Dekker Inc. 697p.
32.Ren, Z., Ward, T.E., Logan, B.E. and Regan, J.M. 2007. Characterization of the Cellulolytic and Hydrogen-Producing Activities of Six Mesophilic Clostridium Species. J. Appl. Microbiol. 103: 6. 2258-2266.
33.Saha, D.C., Jackson, M.A. and Johnson-Cicalse, J.M. 1988. A rapid staining method for detection of endophytic fungi in turf and forage grass. Phytopathol. 48: 237-239.
34.Samieiani, A., Azizi, H., Hashemi-Nia, S.M. and Selahvarzi, Y. 2013. Effects of drought stress on some biochemical indices of four groundcovers (Lolium perenne, Potentilla spp, Trifolium repens and Frankenia spp) with potential usage in landscape. J. Sci. Tech. Greenhouse. 4: 15. 101-109. (Translated In Persian)
35.Serraj, R. and Sinclair, T.R. 2002. Osmolyte accumulation: can it really help increase crop yield under drought conditions. Plant and Cell Environ. 25: 333-341.
36.Schulze, E.D., Steudle, E., Gollan, T. and Schurr, U. 1988: Response to Dr. P.J. Kramer’s article, Changing concepts regarding plant water relations. 11, 7, 565-568, Plant, Cell, Environ.
11: 573-576.
37.Schutz, M. and Fangmeir, E. 2001. Growth and yield responses of spring wheat (Triticum aestivum L. cv. Minaret) to elevated CO2 and water limitation. Environ. Pollut. 114: 187-194.
38.Singh, T.N., Paleg, L.C. and Aspinall, D. 1973. Stress metabolism 1. Nitrogen metabolism and growth in the barley plant during water stress. Aust. J. Biol. Sci. 26: 4546.
39.Smirnoff, N. 1993. The role of active oxygen in the response of plant to water deficit and desiccation. New Phytol. 125: 27-58.
40.Smith, B.N., Girija, C. and Swamy, P.M. 2002. Interactive effects of sodium chloride and calcium chloride on the accumulation of proline and glycine betaine in peanut (Arachis hypogaea L.). laciniata populations. C. R. Biol. 213: 205-333.
41.Stewart, G.R. and Larher, F. 1980. Accumulation of amino acids and related compounds in relation to environmental stress. Academic Press, New York, Pp: 609-635.
42.Turkan, I., Bor, M., Ozdemir, F. and Koca, H. 2005. Differential responses of lipid peroxidation and antioxidants in the leaves of drought-tolerant P. acutifolius Gray and drought-sensitive P. vulgaris L. subjected to polyethylene glycol mediated water stress. Plant Sci. 168: 223-231.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 25، شماره 4
بهمن 1397
صفحه 1-13

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار