پاسخ فیزیولوژی و بیوشیمیایی نهال سه رقم انگور بی‌دانه‌سفید، یاقوتی و چفته به تنش خشکی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشگاه تهران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 استادیار پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

4 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد پردیس کشاورزی و منابع طبیعی تهران

چکیده

سابقه و هدف: انگور با نام علمی (Vitis vinifera L.) به خانواده Vitaceaeتعلق دارد. شناسایی، انتخاب و استفاده از ارقام انگور متحمل به تنش‌ خشکی از موارد بسیار مهم در برنامه‌های به ‌نژادی و تولید انگور می باشد. بنابراین شناسایی، مطالعه و بررسی واکنش های فیزیولوژیکی ومرفولوژیکی ارقام انگور ایرانی تحت تنش خشکی از اهمیت بالایی در تحقیقات انگور کاری برخوردار است. با توجه به پراکنده بودن اکثر انگور کاری‌های ایران در مناطق خشک و نیمه خشک و همچنین کشت و کار این گیاه به صورت دیم در برخی از استان‌های کشور از قبیل کردستان، فارس و ..... ، بوته‌های انگور در قسمتی از رشد سالیانه خود، یعنی در طی تابستان که تبخیر و تعرق زیاد است، به شدت تحت تاثیر تنش خشکی و کمبود آب قرار می گیرند که باعث بروز مشکلاتی از قبیل کوتاه شدن دوره رشد، کاهش گل انگیزی و پیری فیزیولوژیک و در نهایت منجر به کاهش عملکرد و از بین رفتن بوته می شود
مواد و روش ها: در سال 1392 در پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با دو فاکتور ارقام انگور شامل (بی دانه سفید، چفته و یاقوتی) و تنش خشکی در چهار سطح شامل ( 3/0- (شاهد)، 6/0- ( ملایم)، 1- (متوسط) و 5/1- (شدید) مگاپاسکال پتانسیل آب خاک در سه تکرار به اجرا در آمد. بعد از کشت نهال‌ها درون گلدان، زمانی که پتانسیل آب خاک به حد فوق‌الذکر رسید، میزان نشت‌یونی، تجمع مالون‌دی‌آلدئید(MDA) ، فعالیت آنزیم لیپوکسیژناز(LOX) ، فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین‌‌آمونیالیاز(PAL) ، فعالیت آنزیم پلی‌فنل‌اکسیداز (PPO)و میزان فنل‌کل اندازه‌گیری شدند.
یافته ها: نتایج نشان داد بیشترین میزان نشت‌یونی در شرایط تنش شدید مربوط به رقم بی‌دانه‌سفید (63/31%) و کمترین میزان آن مربوط به رقم های چفته (10/24%) و یاقوتی (88/25%) بود. میزان فعالیت آنزیم PAL در رقم‌‌های چفته و یاقوتی تحت سطوح تنش متوسط و شدید خشکی به طور معنی‌داری، افزایش یافت بطوریکه تحت تنش شدید خشکی دارای بالاترین میزان فعالیت آنزیم PAL به ترتیب (45/2 و 97/1 میکرومول سینامیک‌ اسید تولید شده در ساعت) بودند. در حالی که در رقم بی‌دانه‌سفید با افزایش سطوح خشکی از تنش ملایم تا تنش شدید خشکی اختلاف معنی‌داری در میزان فعالیت آنزیم PALمشاهده نشد. میزان فعالیت آنزیم پلی‌فنل‌اکسیداز (PPO) در رقم بی-دانه‌سفید تحت شرایط تنش شدید خشکی، به طور معنی‌داری دارای در مقایسه با گیاهان شاهد بالاتر بود اما در رقم چفته با افزایش سطوح تنش خشکی از تیمار شاهد تا تیمار شدید خشکی اختلاف معنی‏داری در میزان فعالیت آنزیم PPO مشاهده نشد. در رقم یاقوتی نیز افزایش چشمگیری در میزان فعالیت آنزیم PPO با افزایش تنش خشکی از تیمار ملایم به تیمار متوسط خشکی دیده شد.
نتیجه گیری: با توجه به یافته‌های پژوهش حاضر می‌توان گفت که رقم چفته و رقم یاقوتی به ترتیب پتانسیل بالاتری برای مقابله با سطوح تنش شدید و متوسط خشکی در مقایسه با رقم بی‌دانه‌سفید داشتند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Physiological and biochemical response of three iranain cultivars grapevine seedling ‘Bidane sefid’, ‘Chafte’ and ‘Yaghooti to drought stress

نویسنده [English]

  • parisa hajiahmad 4
4 student
چکیده [English]

Background and Objectives: Grapes with the scientific name (Vitis vinifera L.) belong to the Vitaceae family. Detection, selection and use of grape varieties with drought stress is one of the most important issues in breeding programs and grape production. Therefore, identification, studying and evaluation of physiological and morphological reactions of Iranian grape varieties under drought stress is of great importance in grapevine research. Considering the dispersal of most of Iran's grapes in arid and semi-arid regions, as well as the cultivation of this plant in rainfed form in some provinces of the country such as Kurdistan, Fars, etc., grape plants in part of their annual growth That is, during the summer when excessive evapotranspiration is strongly affected by drought stress and water scarcity, causing problems such as shortening the growth period, reducing flowering and physiological aging and ultimately leading to reduced yield and The plant disappears.
Materials and Methods: To investigate the effect of soil water potential changes on some physiological and biochemical of grape seedlings, an experiment carry out as factorial arranged in a randomized complete block design with three replications with three cultivar including ‘Bidane sefid’, ‘Chafte’ and ‘Yaghooti’ and four drought stress level including -0.3, -0.6, -1 and -1.5 MP soil water potential. After planting seedlings in pots, and reching soil water potential to target level, Electrolyte leakage, malondialdehyde (MDA) content, Lipoxygenase (LOX) enzyme activity, phenylalanine ammonia lyase (PAL) enzyme activity, polyphenol oxidase (PPO) enzyme activities and total phenols accumulation levels were measured in leaves.
Results:The results showed that under -1.5 MP soil water potentials ‘Bidane sefid’ had highest levels of electrolyte leakage (31.63%) but ‘Chafte’ and ‘Yaghooti’ had the lowest electrolyte leakage, 24.10 and 25.88 %, respectively. The activity of PAL enzyme under -1 and -1.5 MP soil water potentials in ‘Chafte’ and ‘Yaghooti’ was increased significantly, (under -1.5 MP soil water potentials exhibited highest enzyme activity, 2.45 and 1.97 µmol cinnamic acid. h-1, respectively). However under drought stress levels from -0.3 to -1.5 MP soil water potentials, ‘Bidane sefid’ cultivar had not significantly change in PAL enzyme activity. Under -1.5 MP soil water potentials, ‘Bidane sefid’ exhibited highest PPO enzyme activity (2.78 U.mg-1 protein), but ‘Chafte’ has not significantly change in their PPO enzyme activity. In the ‘Yaghooti’, PPO enzyme activity significantly increased from levels -0.6 to -1 MP soil water potentials.
Conclusion:Our results indicated that the ‘Chafte’ under -1.5 Mpa and ‘Yaghooti’ under -1 Mp cultivars had higher tolerance to drought conditions as compared with ‘Bidane sefid’.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Grapevine
  • Drought stress
  • Phenylalanine ammonia lyase
  • Polyphenol oxidase
  • Membrane integrity
1.Amiot, M.J., Tacchini, M., Aubert,
S. and Nicolas, J. 1992. Phenolic
composition and browning susceptibility
of various apple cultivars at maturity.
J. Food Sci. 57: 4. 958-962.
2.Axelroad, B., Cheesebrough, T.M. and
Laasko, S. 1981. Lipoxigenase from
soybeans. Methods Enzymol. 71: 441-451.
3.Bakhshi, D. and Arakawa, O. 2006.
Induction of phenolic compounds
biosynthesis with light irradiation in the
Tesh of red and yellow apples. J. App.
Hort. 8: 2. 101-104.
4.Bandeoğlu, E., Eyidoğan, F., Yücel, M.
and Öktem, H.A. 2004. Antioxidant
responses of shoots and roots of lentil to
NaCl-salinity stress. Plant. Grow. Regu.
42: 1. 69-77.
5.Boudet, A.M. 2007. Evolution and current
status of research in phenolic compounds.
Phytochem. 68: 22. 2722-2735.
6.Coseteng, M.Y. and Lee, C.Y. 1987.
Changes in apple polyphenoloxidase
and polyphenol concentrations in relation
to degree of browning. J. Food Sci.
52: 4. 985-989.
7.Egert, M. and Tevini, M. 2002. Influence
of drought on some physiological
parameters symptomatic for oxidative
stress in leaves of chives (Allium
schoenoprasum L.) Env. Exp. Bot.
48: 1. 43-49.
8.Esteban, M.A., Villanueva, M.J. and
Lissarrague, J.R. 2001. Effect of
irrigation on changes in the anthocyanin
composition of the skin of cv.
Tempranillo (vitis vinifra L.) grape
berries during ripening. J. Sci. Food
Agric. 81: 402-420.
9.Halliwel, B. and Gutteridge, J.M.
1984. Oxygen toxicity, oxygen radicals,
transition metal and disease. J. Biol.
Chem. 219: 1-14.
10.Hura, T., Hura, K., Grzesiak, M. and
Rezepka, A. 2007. Effect of long-term
drought stress on leaf gas exchange and
fluorescence parameters in C3 and C4
Plant. Acta. Physiol. Plant. 29: 103-113.
11.Iturbe-ormaetxe, I., Escuredo, P.R.,
Arrese-Igor, C. and Becana, M. 1998.
Oxidative damage in pea plant exposed
to water deficit or paraquat. Plant Phys.
116: 173-181.
12.Kar, M. and Mishra, D. 1976. Catalase,
peroxidase and polyphenoloxidase activities
during rice leaf senescence. Plant phys.
57: 2. 315-319.
13.Kliebenstein, D.J. 2004. Secondary
metabolites and plant/environment
interactions: a view through Arabidopsis
thaliana tinged glasses. Plant Cell. Env.
27: 675-684.
14.Ksouri, R., Megdiche, W., Debez, A.,
Falleh, M., Grignon, C. and Abdelly, C.
2007. Salinity effect on polyphenol
content and antioxidant activities in
leaves of the halophyte Cakile maritima.
Plant Physiol. Biochem. 45: 244-248.
15.Kuchaki, A. and Alizade, A. 1991.
Principle of agriculture in drought
condition. Astane Ghodse Razavi. Press,
434p. (In Persian)
16.Liu, F., Jensen, R. and Andersen,
N. 2003. Drought stress effect on
carbohydrate concentration in soybean
leaves and pods during early reproductive
development: its implication in altering
pod set. Field. Crop. Res. 86: 1-12.
17.Lozano, J.E., Drudis-Biscari, R. and
Ibarz-Ribas, A. 1994. Enzymatic
browning in apple pulps. J. Food Sci.
59: 3. 564-567.
18.Marschner, H. 1995 Mineral Nutrition of
Higher Plants (2nd Ed.). Academic Press
Inc., London, UK.
19.Myung-Min, H., Trick, H.N., Lozano,
J.E., Drudis-Biscari, R. and Ibarz-Ribas,
A. 1994. Enzymatic browning in apple
pulps. J. Food Sci. 5: 95-109.
20.Myung-Min, H., Trick, H.N. and
Rajasheka, E.B. 2009. Secondary
metabolism and antioxidant are involved
in environmental adaptation and stress
tolerance in lettuce. J. Plant Physiol.
166: 180-191.
21.Nadernejad, N., Ahmadimoghadam, A.,
hossienifard, S.J. and Porseyedi, Sh.
2013. Study of the rootstock and cultivar
effect in PAL activity, production of
phenolic and flavonoid compounds on
flower, leaf and fruit in Pistachio
(Pistacia vera L.). Iran. J. Plant Bio.
5: 95-109.
22.Nikolva, M.T. and Ivancheva, S.T. 2005.
Quantitative flavonoid variaition of
Artemisa vulgaris and veronica
chamaedry in relation altitude and
pollution environmental. Acta Physiol.
Scand. 49: 29-39.
23.Ohkawa, H., Ohishi, N. and Yaqi, K.
1979. Assay for lipid peroxides in
animal tissue by thiobarbituric acid
reaction. Ann. Bio. 95: 351-358.
24.Pereira, J.S. and Chaves, M.M. 1995.
Plant responses to drought under climate
change in Mediterranean-type ecosystems.
In Global change and Mediterraneantype ecosystems (pp. 140-160). Springer
New York.
25.Rajasheka, E.B. 2009. Secondary
metabolism and antioxidant are involved
in environmental adaptation and stress
tolerance in lettuce. J. Plant Physiol.
166: 180-191.
26.Rice-Evans, C.A., Miller, N.J. and
Paganga, G. 1997. Antioxidant
properties of phenolic compounds.
Trends. Plant Sci. 2: 152-159.
27.Sairam, R.K., Chandrasekhar, V. and
Srivastava, G.C. 2001. Comparison of
hexaploid and tetraploid wheat cultivars
in their responses to water stress. Biol.
Plant. 44: 1. 89-94.
28.Scandadalius, J.G. 1993. Oxygen stress
and superoxide dismutase. Plant Physiol.
101: 7-12.
29.Shulaev, V. and Oliver, D.J. 2006.
Metabolic and proteomic markers for
oxidative stress, new tools for reactive
oxygen species research. Plant Physiol.
141: 367-372.
30.Sofo, A., Dichio, B., Xiloyannis, C. and
Masia, A. 2004. Lipoxygenase activity
and proline accumulation in leaves and
roots of olive trees in response to drought
stress. Phys. Planta. 121: 1. 58-65.
31.Sgarbi, E., Baroni Fornasiero, R.,
Paulino Lins, A. and Medeghini Bonatti,
P. 2003. Phenol metabolism is
differentially affected by ozone in two
cell lines from grape (Vitis vinifera L.)
leaf. Plant Sci. 165: 5. 951-957.
32.Singleton, V.L. and Rossi, J.A. 1965.
Colorimetry of total phenolics with
phosphomolybdic-phosphotungstic acid
reagents. Am. J. Eno.Vit. 16: 3. 144-158.
33.Stewart, R.C. and Beweley, J.D. 1980.
Lipid peroxidation associated with
accelerated aging of soybean axes. Plant
Physiol. 65: 245-248.
34.Tattini, M., Remorini, D., Pinelli, P.,
Agati, G., Sarasini, E., Traversi, M.L.
and Massai, R. 2006. Morpho-anatomical,
physiological and biochemical adjustment
in response rot ozone salinity stress and
high solar radiation in two Mediteranean
evergreen shrubs, Myrtus communis
and Pistacia lentiscus. New Phytol.
170: 779-794.
35.Tiaz, L. and Zeiger, E. 1998. Plant
Physiology, 2nd. Sinauer Associates Inc.,
Massachusetts.
36.Vogt, T. 2010. Phenylpropanoid
biosyntesis. Molecular Plant. 3: 2-20.
37.Wang, L.J. and Li, S.H. 2006. Salicylic
acid-induced heat or cold tolerance in
relation to Ca2+ homeostasis and
antioxidant systems in young grape
plants. Plant Sci. 170: 685-694.
38.Wen, P.F., Chen, J.Y., Wan, S.B., Kong,
W.F., Zhang, P., Wang, W. and Huang,
W.D. 2008. Salicylic acid activates
phenylalanine ammonia-lyase in grape
berry in response to high temperature
stress. Plant Growth Reg. 55: 1. 1-10.
39.Xiao, B., Huang, Y., Tang, N. and
Xiong, L. 2007. Over-expression of a
LEA gene in rice improves drought
resistance under the field conditions.
Theo. App. Gene. 115: 1. 35-46.