روند تغییرات مولفه‌های کلروفیل فلورسانس در ژنوتیپ‌های عدس پیش و پس از تنش یخ‌زدگی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه بقولات پژوهشکده علوم گیاهی، دانشگاه فردوسی مشهد،

2 استاد فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه اگروتکنولوژی دانشگاه فردوسی مشهد

3 استادیار پژوهشی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

4 گروه اگرو تکنولوژی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

5 دکتری علوم باغبانی، گروه باغبانی، دانشگاه فردوسی مشهد

10.22069/jopp.2024.21372.3042

چکیده

سابقه و هدف: از دلایل کم بودن عملکرد عدس استفاده از توده‌های محلی، عدم برداشت مکانیزه و کشت بهاره می‌باشد. باوجود مزایای کشت پاییزه، تنش یخ‌زدگی از عوامل عمده منفی تأثیرگذار بر رشد و عملکرد عدس است. تنش یخ‏زدگی باعث افزایش مهار نوری و از دست رفتن عملکرد فتوسیستمII می‏شود. روش فلورسانس کلروفیل یکی از روش‌های سریع، مؤثر و غیرتخریبی به‌منظور غربالگری ارقام در شرایط تنش سرمایی است. با توجه به مزایای کشت پاییزه عدس این مطالعه با هدف شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به یخ‌زدگی عدس با روش فلورسانس کلروفیل انجام شد.

مواد و روش‌ها: این پژوهش در پاییز و زمستان 1398 در شرایط کنترل‌شده در دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. عوامل موردبررسی شامل 18 ژنوتیپ‌ عدس و چهار دمای یخ‌زدگی (صفر، 15-، 18- و 20- درجه سانتی‏گراد) بودند. اعمال دماهای یخ‌زدگی در اواسط بهمن‌ماه در فریزر ترموگرادیان انجام شد. روند تغییرات فلورسانس کلروفیل قبل از تنش و با فواصل 24، 48، 72، 120 و 144 ساعت پس از اعمال تنش یخ‌زدگی با استفاده از دستگاه فلورومتر انجام شد. سه هفته پس از اعمال تنش یخ‌زدگی، درصد بقاء و ترمیم نمونه‌ها ارزیابی شد. دمای 50 درصد کشندگی گیاهان بر اساس درصد بقاء (LT50su)، دمای 50 درصد کاهش وزن خشک (RDMT50) و دمای 50 درصد کاهش ارتفاع بوته (RHT50) با استفاده از رسم نمودار صفات مذکور در مقابل دماهای یخ‌زدگی تعیین شدند.

یافته‌ها: بین دماهای صفر و 18- درجه سانتی‌گراد، روند کاهشی بیشینه‌ کارایی پتانسیل فتوسیستمII (F′v/F′m) بسیار کم بود، اما با کاهش دما از 18- به 20- درجه سانتی‌گراد روند کاهشی F′v/F′m شدید شد. در دماهای صفر، 15- و 18- درجه سانتی‌گراد با گذشت 24 ساعت پس از اعمال تنش یخ‌زدگی روند مطلوب ترمیم F′v/F′m مشاهده شد. بیشترین توانایی در بازیابی آسیب حاصل از تنش یخ‌زدگی به فتوسیستمII در دمای 18- درجه سانتی‌گراد متعلق به MLC407 بود. در بین ژنوتیپ‌های موردبررسی، MLC103 از کمترین و ژنوتیپ‌های MLC286 و MLC454 از بیشترین کارایی عملیاتی فتوسیستمII (F′q/F′m) برخوردار بودند. در دماهای صفر، 15- و 18- درجه سانتی‌گراد در طی دوران بازیابی روند بهبود در میزان F′q/F′m مشاهده شد. با کاهش دما از 18- به 20- درجه سانتی‌گراد روندی کاهشی و غیرقابل برگشت در مقدار F′q/F′m مشاهده شد. اعمال تنش سبب کاهش فرود فتوشیمیایی (F′q/F´v) در پایان دوره بازیابی در ژنوتیپ‌های MLC13، MLC33، MLC38، MLC84، MLC103، MLC334، MLC407 و MLC409 شد. کاهش دما از صفر به 15- درجه سانتی‌گراد سبب کاهش ضریب باز بودن مراکز واکنش فتوسیستم II (qL) در ژنوتیپ‌های MLC334 و MLC407 شد. ژنوتیپ‌های MLC8، MLC11، MLC13، MLC17، MLC33، MLC47، MLC70، MLC286، MLC303، MLC334، MLC407، MLC409، MLC454 و MLC472 در دمای 15- درجه سانتی‌گراد و دو ژنوتیپ MLC11 و MLC47 در دمای 18- درجه سانتی‌گراد از بقای بالای 50 درصد برخوردار بودند. پایین‌ترین RDMT50 در MLC47 (9/18- درجه سانتی‏گراد) مشاهده شد و MLC47 و MLC11 دارای بیشترین توان حفظ وزن خشک بودند. تجزیه خوشه‌ای نشان‌دهنده برتری نسبی ژنوتیپ‌های گروه سوم شامل MLC8، MLC11، MLC47، MLC70، MLC334، MLC407، MLC409 و MLC454 در صفات موردمطالعه بود. ضرایب استانداردشده کانونیکی صفات RHT50، RDMT50، F′0، F′m، F'v، F′v/F´m، F´q/F′m، F′q/F´v و qL در اولین معادله تشخیصی کانونیکی قابل‌توجه بود.

نتیجه‌گیری: به‌طورکلی بین ژنوتیپ‌های مورد مطالعه ازنظر توانایی دستگاه فتوسنتزی در ترمیم اثرات تنش یخ‌زدگی تنوع وجود داشت. نتایج بیانگر کمترین تغییرات کلروفیل فلورسانس در دماهای صفر، 15- و 18- درجه سانتی‌گراد و بیشترین تغییرات آن در دمای 20- درجه سانتی‌گراد بود. در بیشتر ژنوتیپ‌ها با گذشت 24 ساعت از تنش یخ‌زدگی، توانایی بازیابی مناسبی مشاهده شد که نشان‌دهنده تحمل بالای این ژنوتیپ‌ها در مواجهه با تنش یخ‌زدگی است. به‌طورکلی نتایج نشان‌دهنده برتری نسبی ژنوتیپ‌های گروه سوم شامل MLC8، MLC11، MLC47، MLC70، MLC334، MLC407، MLC409 و MLC454 در صفات موردمطالعه بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The trend of changes in chlorophyll fluorescence parameters in lentil genotypes before and after freezing stress

نویسندگان [English]

  • Jafar Nabati 1
  • Ahmad Nezami 2
  • Seyedeh Mahboube Mirmiran 3
  • Alireza Hasanfard 4
  • Zahra Nemati 5
1 Assistant Professor, Crop Physiology, Department of Legume, Research Center for Plant Sciences, Ferdowsi University of Mashhad,
2 Professor, Crop Physiology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
3 Assistant Professor, Khorasan-e-razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Mashhad, Iran,
4 Department of Agrotechnology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
5 PhD. in Horticulture Science, Department of Horticulture Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده [English]

Introduction: One of the reasons for the low seed yield of lentils is the use of landraces, the lack of mechanized harvesting, and spring cultivation. Despite the advantages of fall planting, freezing stress is one of the most important abiotic factors influencing the growth and yield of lentils. Freezing stress increases photoinhibition and the loss of maximum efficiency of PSII photochemistry. Chlorophyll fluorescence is a non-destructive and rapid technique used to screen for abiotic stress tolerance plants. Considering the advantages of fall planting of lentils, this study was conducted to identify lentil genotypes to freezing stress-tolerant by chlorophyll fluorescence technique.

Materials and methods: The experiment was conducted under controlled conditions in the fall and winter of 2018 at Ferdowsi University of Mashhad. The investigated factors included 18 lentil genotypes and four freezing temperatures (0, -15, -18, and -20°C). Freezing temperatures were applied in the middle of February in the thermogradian freezer. The chlorophyll fluorescence trends in time points include before stress, 24, 48, 72, 120, and 144 hours after freezing by using a fluorometer were determined. The survival was evaluated visually three weeks after rewarming. The lethal temperature of 50% of plants according to survival percentage (LT50su), the reduced temperature of 50% of plants according to dry matter (RDMT50), and the reduced temperature of 50% of plants according to plant height (RHT50) were determined by fitting the graph of the mentioned traits against the freezing temperatures.

Results: Between zero and -18°C, the decreasing trend of the maximum efficiency of PSII photochemistry in the light if all reaction centers were open (F′v/F′m) was very low, but with decreasing temperature from -18 to -20°C, the decreasing trend of F′v/F′m it became intense. At temperatures of zero, -15, and -18°C, 24 hours after applying the freezing stress, the recovery of F′v/F′m was observed. MLC407 has the highest ability to recover freezing stress damage to PSII at -18°C. Among the studied genotypes, MLC103 had the lowest, and MLC286 and MLC454 had the highest PSII operating efficiency in the light (F′q/F′m). Improvement in F'q/F'm was observed during the recovery period at zero, -15, and -18°C. As the temperature decreased from -18 to -20°C, a downward and irreversible process was observed in the value of F'q/F'm. Freezing stress decreases the photochemical quenching (F'q/F'v) at the end of the recovery period in MLC13, MLC33, MLC38, MLC84, MLC103, MLC334, MLC407 and MLC409. Decreasing the temperature from zero to -15°C decreased the estimates of the fraction of open PSII reaction centers (qL) in MLC334 and MLC407. MLC8, MLC11, MLC13, MLC17, MLC33, MLC47, MLC70, MLC286, MLC303, MLC334, MLC407, MLC409, MLC454 and MLC472 at -15°C and MLC11 and MLC47 at -18 °C had a survival rate over 50%. The lowest RDMT50 was observed in the MLC47 genotype(-18.9°C), and MLC47 and MLC11 had the highest ability to maintain dry weight. The cluster analysis results showed the relative superiority of the third group of genotypes, including MLC8, MLC11, MLC47, MLC70, MLC334, MLC407, MLC409, and MLC454 in the studied traits. Standardized canonical coefficient of traits RHT50, RDMT50, F′0, F′m, F′v, F′v/F′m, F′q/F′m, F′q/F′v and qL in the first canonical functions was significant.

Conclusion: In general, there was a significant variation between genotypes regarding the ability of the photosynthetic apparatus during the recovery after freezing stress. The lowest changes in chlorophyll fluorescence were observed at zero, -15, and -18°C, and the greatest at -20°C. In most of the genotypes, 24 hours after freezing stress, a suitable recovery was observed, which indicates the high freezing stress tolerance of these genotypes. The results showed the relative superiority of the third group of genotypes in the studied traits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fall planting
  • Photochemical quenching
  • PSII
  • Reaction centers
  • Recovery period