پارامتر‌های فیزیولوژیک گیاه کنجد تحت تاثیر تنش شوری و افزایش غلظت دی‌اکسید کربن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار زراعت، دانشگاه ولی عصر رفسنجان

2 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه ولیعصر رفسنجان

3 دانشیار تغذیه خاک، دانشگاه ولی عصر رفسنجان

چکیده

سابقه و هدف: شوری تاثیر قابل توجهی بر تولیدات کشاورزی دارد. شوری خاک ناشی از فرآیندهای طبیعی یا آبیاری محصول با آب شور، در بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک جهان مانند ایران رخ می دهد. کنجد با نام علمی Sesamum indicum L.متعلق به خانواده پدالیاسه (Pedaliaceae) و یکی از گیاهان دیرینه زراعی و با ارزش است. سطح زیر کشت کنجد در ایران و جهان به‌ترتیب در حدود 6500 و 42 هزار هکتار است. از آنجا که کشور ما از نظر اقلیمی در منطقه خشک و نیمه خشک دنیا قرار دارد، از این رو شوری خاک و آب آبیاری یکی از مشکلات عمده در زراعت کشور است. یکی دیگر از فاکتورهای محدود کننده تولید محصول در مناطق گرم و خشک، گرم شدن هواست که پدیده‌ای جهانی بوده که ناشی از افزایش ممتد گازهای گلخانه‌ای مانند گاز دی‌اکسیدکربن و حاصل مصرف رو به ازدیاد سوخت‌های فسیلی، از بین رفتن جنگل‌ها و برخی فعالیت‌های منجر به توسعه در زندگی بشر است. با توجه به افزایش روزافزون گازهای گلخانه‌ای و اهمیت کاشت کنجد در شرایط تنش‌زا، این آزمایش با هدف بررسی تحمل گیاه کنجد در شرایط شور و افزایش دی‌اکسیدکربن انجام گرفت.
مواد و روش‌ها: این آزمایش به‌منظور بررسی تأثیر سطوح مختلف دی اکسید کربن و هم‌چنین تاثیر تنش شوری بر رشد و عملکرد گیاه کنجد در آزمایشگاه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ولی‌عصر رفسنجان، در سال 95 در اتاقک رشد اجرا شد. آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی با چهار تکرار انجام شد. بستر مورد استفاده جهت کاشت خاک بوده و مقدار 2 کیلوگرم خاک درون هر گلدان‌ ریخته شد. تیمار ها در این آزمایش ساملتنش شوری در سه سطح ( 0، 4 و 8 دسی زیمنس بر ‌متر) از طریق کاربرد کلرید سدیم و تغلیظ CO2 در دو سطح (380 و ppm 700) بودند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد با افزایش دی‌اکسیدکربن، محتوای پرولین و قندهای محلول تحت تاثیر دی‌اکسیدکربن قرار گرفتند به طوری‌که میزان پرولین در برگ از 28/0 میلی‌مول بر گرم وزن تازه در دی‌اکسیدکربن محیط به 08/0 میلی‌مول بر گرم وزن تر در تیمار غلظت دی‌اکسید کربن (700 پی‌پی‌ام) رسید. آنزیم پراکسیداز، پلی‌فنل‌اکسیداز و فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز تحت تاثیر برهمکنش شوری و دی-اکسیدکربن قرار گرفتند. عنصر سدیم ریشه نیز با افزایش دی اکسیدکربن کاهش یافت و با افزایش تنش شوری پتاسیم اندام هوایی کاهش یافت.
نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که افزایش دی‌اکسیدکربن در شرایط تنش شوری، محتوای سدیم ریشه کاهش یافتند. محتوای قندهای محلول و پرولین نیز تحت تاثیر دی‌اکسیدکربن کاهش یافتند. اگرچه افزایش تنش شوری، افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز و فنیل‌آلانین آمونیالیاز را نشان داد ولی شوری بالا منجر به کاهش محتوای پتاسیم اندام هوایی گردید. در مجموع اثر مثبت و قابل توجهی از افزایش دی‌اکسیدکربن بر رشد رویشی و افزایش تحمل گیاه کنجد نسبت به تنش شوری دیده شد. به‌طور کلی نتایج بررسی حاضر نشان داد که گیاه کنجد به سطوح مختلف دی‌اکسید کربن واکنش نشان می‌دهد و از این پارامترها و روابط به‌دست‌آمده می‌توان برای پیش‌بینی آزمایشاتی در سطوح بالاتر دی‌اکسیدکربن استفاده نمود

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Physiological parameters of sesame plant under the influence of salinity stress and increase of carbon dioxide concentration

نویسندگان [English]

  • Asghar Rahimi 1
  • Mahshid Ekhlaspour 2
  • Shahab Maddah Hoseini 1
  • Ahmad Taj Abadipour 3
1 Agronomy and Plant Breeding, val-e-Asr University of Rafsanjan
2 agronomy and Plant Breeding Dept, Vali-e-Asr University of Rafsanjan
3 Soil science Dept, val-e-Asr University of Rafsanjan
چکیده [English]

Background: Salinity has considerable adverse impacts on productivity of agricultural plants. Soil salinity, resulting from natural processes or from crop irrigation with saline water, occurs in many arid and semi-arid regions of the world like Iran. Sesame (Sesamum indicum L.) is one of the pedalitic families (Pedaliaceae) and one of the long-standing cultivated plants. Cultivation areas of sesame in Iran and the world is about 6500 and 42 thousand hectares, respectively. Since our country is located in the dry and semi-arid region of the world, soil salinity and irrigation water are the major problems in the country's agriculture. Another factor limiting the production of the product in warm and dry areas is the warming of the air which is a global phenomenon that results from prolonged greenhouse gas emissions, such as carbon dioxide gas, and the consequence of rising fossil fuels, the destruction of forests and some of the activities that lead to the development of human life. Considering the increasing greenhouse gas emissions and the importance of planting sesame in stressful conditions, this experiment was conducted to evaluate the tolerance of sesame plants under salinity conditions and increase of carbon dioxide.
Materials and Methods: In order to evaluate the effect of different Co2 concentration and salinity on growth and yield of sesame, a trial was arranged as factorial experiment with four replicates based on complete randomized design at Agrotron growth chamber in agronomy and plant breeding Dept. of Vali-e-Asr University of Rafsanjan. The growth media was the soil with the amount of 2 Kg per pot. Treatments were included Co2 concentration at two levels as ambient (380ppm) and elevated (700 ppm) and salinity stress including 0, 4 and 8 ds/m.
Results: Results indicated that leaf proline content and soluble sugar content significantly affected by Co2 concentration which is decreased from 0.28 Mmol/gr FW to 0.08 Mmol/gr FW with elevated Co2 concentration from 380 to 700 ppm. The peroxidase, polyphenol oxidase and phenylalanine ammonialaze enzymes were also affected by the interaction of salinity and carbon dioxide. Sodium content significantly decreased in 700 ppm Co2 concentration compare with 380 ppm. In both of Co2 concentrations, K shoot content significantly increased with increased salinity level.
Conclusions: The results showed that increasing of carbon dioxide under salinity stress caused a significant decrease in root Na content. The proline and soluble sugar content significantly decreased higher Co2 concentration. Although increased salinity stress showed increased activity of peroxidase and phenylalanine ammonilase, high salinity reduced the shoot potassium content of in the shoot.
In general, the results of this study indicate that sesame plant reacts to different levels of carbon dioxide and that these parameters and relationships can be obtained to predict experiments at higher Carbon monoxide concentration.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Salinity stress
  • Carbon dioxide concentration
  • growth
  • Sesame
1.Ali, B., Rani, I., Hayat, S. and Ahmad, A.
2007. Effect of 4-Cl-indole-3-acetic
acid on the seed germination of Cicer
arietinum exposed to cadmium. Acta. Bot
Croat. 66: 1. 57-65.
2.Babaei Kafaki, S., Khademi, A. and
Metaji, A. 2010. The role of coppice oak
stand in carbon storage and CO2 uptake
(Case study: Khalkhal, Iran). Iran. J. For.
Pop. Res. 18: 2. 242-252. (In Persian with
English Abstract)
3.Bates, L., Waldren, R. and Teare, I. 1973.
Rapid determination of free proline for
water-stress studies. Plant and Soil.
39: 205-207.
4.Bradford, M.M. 1976. A rapid and
sensitive method for the quantitation of
microgram quantities of protein utilizing
the principle of protein-dye binding.
Analyt. Biochem. 72: 248-25.
5.D'Cunha, G.B., Satyanarayan, V.
and Nair, P.M. 1996. Purification
of Phenylalanine ammonia lyase from
Rhodotorula glutinis. Phytochem.
42: 17-20.
6.Dehghani, A. and Mostajeran, A. 2010.
Effect of salinity on vegetative growth,
antioxidant and defensive enzymes in
ginger (Zingber officinale Roscoe.). J.
Herb. Drugs. 1: 1-8. (In Persian with
English Abstract)
7.Dini Torkamani, M.R. and Karapetian, J.
2007. An Investigation of physical and
chemical characteristics of seed in ten
Sesame (Sesamum indicum L.) varieties.
Iran. J. Biol. 20: 4. 225-230. (In Persian
with English Abstract)
8.Eraslan, F., Inal, A., Gunes, A. and
Alpaslan, M. 2007. Impact of exogenous
salicylic acid on the growth, antioxidant
activity and physiology of carrot plants
subjected to combined salinity and boron
toxicity. Sci. Hort. 113: 120-128.
9.Goldani, M., Nassiri Mahallati, M. and
Shoor, M. 2011. Effect on increase
carbon dioxide concentration on growth
characteristics sesamum indicum L.
and (Amaranthus retroflexus L.) and
their competition potency. J. Agro Eco.
3: 3. 358-370. (In Persian with English
Abstract)
10.Haghighi, M., Kafi, M., Sadat Taghavi,
T., Kashi, A. and Savaghebi, Gh. 2008.
Photosynthesis and enzymatic change
under cadmium toxicity in lettuce. J.
Hort. 22: 22. 25-37. (In Persian with
English Abstract)
11.Indermuhle, A., Monin, E., Stauffer, B.
and Stocker, T.F. 2000. Atmospheric
CO2 concentration from 60 to 20 kyr BP
from the Taylor Dome ice core,
Antarctica. Geophysics R Letters.
27: 735-738.
12.Irigoyen, J., Einerich, D. and
SánchezDíaz, M. 1992. Water stress
induced changes in concentrations of
proline and total soluble sugars in
nodulated alfalfa (Medicago sativa)
plants. Physio Planta. 60: 344-351.
13.Jahani, S., Lahoti, M. and Jahani, M.
2014. Investigation Na+-Ca2+ interaction
on biomass and enzymes activity of
peroxidase and polyphenol oxidase in
leaf of barley (Hordeum Vulgare L.).
J. Crop Physiol. 5: 20. 15-24. (In Persian
with English Abstract)
14.Kamali, M., Shoor, M., Tehranifar, A.,
Goldani, M. and Selahvarzi, Y. 2014.
Effects of salinity stress and increase of
carbon dioxide on proline, carbohydrate
and other morphophysiological
accumullation (Amaranthus tricolor L.).
J. STGC. 5: 20. 231-241. (In Persian
with English Abstract)
15.Koca, H., Bor, M., Ozdemir, F. and
Turkan, I. 2007. The effect of salt stress
on lipid peroxidation, antioxidative
enzymes and proline content of
sesame cultivars. Environ. Experim.
Bot. 60: 344-351.
16.Liu, H.X., Zhang, X., Gao, X.J.,
Chen, C. and Huang, D. 2016. Synthesis
and mechanism study of a
dimerictetranuclear carbonate-bridged
copper (II) complex resulting from Co2
fixation by controlling O2 concentration.
Inorganic Chem. Commun. 68: 63-67.
17.Mateos, E.N., Redondo, S.G., Alvarez,
R., Cambrolle, J., Gandullo, J. and
Figueroa, M.E. 2010. Synergic effect of
salinity and CO2 enrichment on growth
and photosynthetic responses of the
invasive cordgrass Spartina densiflora.
J. Exp Bot. 61: 6. 1643-1654.
18.Melgar, J.C., Syvertsen, J.P. and
Sanchez, F.G. 2008. Can elevated CO2
improve salt tolerance in olive trees?
J. Plant Physiol. 165: 631-640.
19.Meratan, A.A., Ghaffari, S.M. and
Niknam, V. 2008. Effects of salinity on
growth, proteins and antioxidatnt
enzymes in three acanthophyllum
species of different ploidy levels. J.
Sci. 33: 4. 1-8. (In Persian with English
Abstract)
20.Merati, M.J., Niknam, V., Hassanpour, H.
and Mirmasoumy, M. 2015. Comparative
effects of salt stress on growth
andantioxidative responses in different
organs of pennyroyal (Mentha pulegium
L.). J. Plant Res. 28: 25. 1097-1107.
(In Persian with English Abstract)
21.Mohammadi, M. and Kazemi, H. 2002.
Change in peroxidase and polyphenol
oxidase activities in susceptible and
resistant wheat heads inoculated with
Fusarium graminearum and induced
resistance. Plant Sci. 162: 491-498.
22.Mousavibazaz, A., Tehranifar, A., Kafy,
M., Gazanchian, A. and Shoor, M. 2015.
Effect of salinity on germination and
growth seeding in the native masses of
the Fiscuit in Iran. IR. J. Hort. Sci.
29: 2. 269-276. (In Persian with English
Abstract)
23.Muscolo, A., Sidari, M. and Panuccio,
M.R. 2003. Tolerance of kikuyu grass to
long term salt stress is associated with
induction of antioxidant defences. Plant
Growth Reg. 41: 57-62.
24.Nicoli, M.C., Elizalde, B.E., Pitotti, A.
and Lerici, C.R. 1991. Effects of sugars
and maillard reaction products on
polyphenol oxidase and peroxidase
activity in food. J. Food Biochem.
15: 169-184.
25.Niknam, V., Razavi, N., Ebrahimzadeh,
H. and Sharifizadeh, B. 2006. Effect of
NaCl on biomass, protein and proline
contents, and antioxidant enzymes in
seedlings and calli of two Trigonella
species. Bio Planta. 50: 4. 591-596.
26.Oraby, H. and Ahmad, R. 2012.
Physiological and biochemical changes
of CBF3 transgenicoat in response to
salinity stress. Plant Sci. 186: 331-339.
27.Pan, Y., Wu, L.J. and Yu, Z.L. 2006.
Effect of salt and drought stress on
antioxidant enzymes activities and SOD
isoenzymes of liquorice (Glycyrrhiza
uralensis Fisch). Plant Growth Regul.
49: 157-165.
28.Pandolfini, T., Gabbrielli, R. and
Comparini, C. 1992. Nickel toxicity and
peroxidase activity in seeding of
Triticum asetivum L. Plant C and Envir.
15: 719-725.
29.Radhakrishnan, R. and Lee, I.J. 2015.
Penicillium-sesame interactions: A
remedy for mitigating high salinity
stress effects on primary and defense
metabolites in plants. Environ Exp. Bot.
116: 47-60.
30.Sabet Teimouri, M., Khazaie, H.R.,
Nassiri Mahallati, M. and Nezami,
A. 2009. Effect of salinity on seed
yield and yield components of
individual plants, morphological
characteristics and leaf chlorophyll
content of sesame (sesamum indicum
L.). ESAS. 2: 2. 119-130. (In Persian
with English Abstract)
31.Safari, H., Madah Hosseini, S., Azari, A.
and Heshmati Rafsanjani, M. 2015.
Effects of Pretreatment with Salicylic
Acid on Growth and Nutrient Uptake of
Sesame Seedlings under Salt Stress.
Ir. J. Field Crop Res. 15: 4. 735-746.
(In Persian with English Abstract)
32.Tahmasbizadeh, H., Madani, H.,
Farahani, A., Mirzakhani, M. and
Farmihani, A. 2010. Effect of
temperature degree, different nitrogen
levels and plant density on oil yield of
spring Safflower. J. Agr. Plant Breed.
6: 2. 21-33. (In Persian with English
Abstract)
33.Vaidyanathan, H., Sivakumar1, P.,
Chakrabarty, R. and Thomas, G.
2003. Scavenging of reactive oxygen
species in NaCl-stressed rice (Oryza
sativa L.) differential response in salt
tolerant and sensitive varieties. Plant
Sci. 165: 1411-1418.
34.Wang, W., Vinocur, B. and altman, A.
2003. Plant responses to drougth salinity
and extreme tempratures: towards
genetics for stress tolerance. Planta.
218: 1-14.
35.Yousefvand, P., Minaey, M.,
Mosleharany, A. and Tabandeh, A.
2014. The effect of increasing the
concentration of carbon dioxide on the
amount of soluble sugars in four tree
species. 1st Nation Conf. Sustain.
Manag. Soil Environ. R. Pp: 1-4.
(In Persian with English Abstract)