واکنش‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک دو رقم جو و نتاج حاصل از تلاقی آن‌ها نسبت به اثرات سمی سرب

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژنتیک بیومتری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 دانشیار مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان زنجان، زنجان، ایران

10.22069/jopp.2020.16740.2532

چکیده

سابقه و هدف:
آلودگی خاک‌ها به‌وسیله فلزات سنگین یک اتفاق شایع ناشی از نتایج فعالیت‌های انسانی، کشاورزی و صنعتی است که یک مشکل اساسی در سراسر جهان می‌باشد. در میان فلزات سنگین، سرب پتانسیل تجمع خیلی سریع در لایه‌های سطحی خاک را داشته و با افزایش عمق خاک میزان تجمع آن کاهش پیدا می‌کند. از جمله اثرات سمی که سرب روی گیاهان می‌گذارد، می‌توان به کلروزه شدن، کاهش رشد، سیاه شدن سیستم ریشه، ممانعت از فتوسنتز، به‌هم زدن تعادل آب و مواد معدنی و تغییر وضعیت هورمون‌ها و اثر روی ساختار و نفوذپذیری غشا اشاره کرد. این مطالعه به‌منظور بررسی تأثیر سمیت عنصر سرب بر ویژگی‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک جو و هم-چنین شناسایی و انتخاب لاین‌های برتر جو تحت شرایط تنش فلز سنگین سرب انجام شد.
مواد و روش‌ها:
در این تحقیق اثرات مورفولوژیکی سه غلظت مختلف نیترات سرب (1000، 1500 و 2000 پی پی ام) به همراه شاهد روی دو ژنوتیپ جو (Recو Dom) در طرح کاملا تصادفی با 5 تکرار بررسی شد. طول ساقه، طول ریشه، تعداد برگ، وزن‌تر ساقه، وزن‌تر ریشه، وزن خشک ساقه، وزن خشک ریشه و در نهایت عملکرد بیولوژیک‌تر و خشک اندازه گیری شد. بعد از مشاهده اختلاف بین دو والد در واکنش به مسمومیت به سرب، 94 لاین اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی Dom و Rec در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار در گلدان‌هایی به قطر بیست سانتی‌متر کاشته شدند. سپس، گیاهچه‌ها در مرحله 2 تا 3 برگی تحت تیمار با نیترات سرب به غلظت صفر (شاهد) و 2000 پی پی ام قرار گرفتند و ویژگی‌های فیزیولوژی و مورفولوژی در هر دو شرایط تنش و نرمال اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها:
نتایج مرحله اول آزمایش نشان داد که بین دو رقمRec و Dom در غلظت 2000پی پی ام از نظر میزان مقاومت به سرب اختلاف معنی‌داری وجود داشت و رقم Dom مقاومت‌تر نسبت به والد دیگر بود. طول ساقه، تعداد برگ، وزن خشک ساقه، عملکرد بیولوژیک‌تر و خشک بیشتر از سایر ویژگی‌های تحت تاثیر سرب قرار گرفت.
نتایج مرحله دوم آزمایش نشان داد که در تمام ویژگی‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک اندازه‌گیری شده، بین لاین‌ها تفاوت معنی-داری در سطح احتمال یک درصد وجود داشت. بر مبنای همبستگی ژنوتیپی، رابطه مثبت و معنی‌داری بین میزان فتوسنتز با میزان تعرق، هدایت روزنه‌ای، co2زیر روزنه‌ای و سبزینگی گیاه وجود داشت. همچنین همبستگی مثبت و معنی‌داری بین عملکرد بیولوژیک‌تر و خشک با ارتفاع ساقه، طول ریشه، وزن‌تر ساقه، وزن‌تر ریشه، وزن خشک ریشه و تعداد برگ سبز وجود داشت. با استفاده از تجزیه کلاستر، اینبرد لاین‌های جو بر اساس ویژگی‌های مورد مطالعه در محیط نرمال به 3 کلاستر و در شرایط تنش، به 4 گروه تقسیم شدند. ژنوتیپ‌های 40،41،80،24،78،44 و 48 با بیشترین میانگین در ویژگی‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک در کلاستر 3 تحت شرایط تنش قرار گرفتند که جزء ژنوتیپ‌های مقاوم به سرب می‌باشند و ژنوتیپ‌های 1،8،15،25،7،21،50با کمترین میانگین در ویژگی‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک در کلاستر 2 تحت شرایط تنش قرار داشتند و جزء ژنوتیپ‌های حساس به سرب بودند.
نتیجه‌گیری:
از آن‌جایی‌که تنش با فلزات سنگین باعث اختلالات مهمی در گیاهان می‌شود، بنابراین شناخت ویژگی‌هایی که تحت تاثیر این‌گونه تنش‌ها قرار می‌گیرند و هم‌چنین روابط موجود بین این ویژگی‌های لازم و ضروری است. در این مطالعه فتوسنتز، تعرق، هدایت روزنه‌ای، طول ساقه، تعداد برگ زرد، وزن‌تر و خشک ساقه، عملکرد بیولوژیک‌تر و خشک بیشتر از سایر ویژگی‌های، تحت تاثیر تنش با سرب قرار گرفتند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Physiological and morphological responses of two barley varieties and their progenies to toxic effects of Lead

نویسندگان [English]

  • Azadeh rahmani 1
  • ali asghari 2
  • hosein jafary 3
  • omid sofalian 2
1 PhD student of Biometrical Genetics, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and natural resources, University of Mohaghegh Ardabil, Ardebil, Iran
2 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture and natural resources, University of Mohaghegh Ardabil, Ardebil, Iran.
3 Agriculture and Natural Resources Research Center of zanjan, zanjan, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives:
Heavy metal contamination in soil caused by human activities, such as mining and industrial activities. Is a serious problem all over the world. Lead (Pb) is one of the major heavy metals that tend to accumulate in the surface ground layer and its concentration decreases with soil depth. Soils contaminated with Pb cause sharp decreases in crop productivity thereby posing a serious problem for agriculture.Toxic effects of lead on plants can be attributed chlorosis, reduced growth, blackening of root system, upsets mineral nutrition and water balance, changes in hormone status and effects on the structure and permeability of the membrane. This study was conducted to evaluate several morphological and physiological traits of barely genotypes under lead contamination stress.

Material and methods:
In this research, morphological effects of three different densities of lead nitrate (1000,1500,2000ppm) and a control sample on two barley genotypes (Rec and Dom) were investigated in a completely randomized design with five replications. Traits of stem length, root length, leaf number and number of yellow leaves shoot fresh weight, root fresh weight, stem dry weight, root dry weight and ultimately the dry and fresh biological performances for the control and different treatments were measured. After observing the difference between the two parents in response to lead poisoning, on October 16, 2017, 94 inbred lines from Dom and Rec were planted in a completely randomized design with three replications in towenty-cm diameter pots. Then at 2- to 3-leaf stage, seedlings were treated by 0-2000 ppm density lead nitrate.

Results and Discussion:
The results showed that there was a significant difference between Rec and Dom genotype in 2000ppm density respecting the lead resistance, and Dom showed a higher resistance compared to another parent. Stem length, leaf number, number of yellow leaves, stem dry weight; dry and fresh biological performances were affected by lead more than the other traits.
The results of the experiment showed that in all morphological and physiological traits, there was a significant difference between the lines in the probability level of 1%.
Based on genotypic correlation, there was a positive and significant correlation between photosynthesis and transpiration traits, stomatal conduction, CO2 Concentration, and plant greenness. In addition, there was a positive and significant correlation between fresh and dry biological performance and stem height, root length, shoot fresh weight, root fresh weight, root dry weight, and the number of green leaves. Based on the studied traits and by using cluster analysis, barley inbred lines were divided into 3 and 4 clusters under normal and stress conditions, respectively.
The lines 24, 40, 41, 44, 78, 80 with the highest mean of morphological and physiological traits, were placed in cluster 3 under stress condition. These genotype sareamong the lead resistant genotypes. The lines 1, 7, 8, 15, 21, 25, 50, with the lowest mean of morphological and physiological traits, were put in cluster 2 under stress condition and were considered as the genotypes sensitive to lead.
Conclusions:
Since tension with heavy metals causes’ significant disruption to plants, so it is essential to understand the traits that are affected by this tensions and relationships existing between them. In this study, photosynthesis, transpiration, stomatal conductance, stem length, number of yellow leaves, fresh and dry stem weight, fresh and dry Biological yield, affected by stress than other traits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Intercellular concentration
  • Inberred lines
  • Transpiration
  • Resistance and sensitivity