اثر گلایسین بتائین بر برخی خواص مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی Salsola imbricata L. تحت تنش شوری

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مرکز ملی تحقیقات شوری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، یزد، ایران،

2 عضو هیأت علمی دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 دانشجوی کارشناسی‌ارشد دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

سابقه و هدف: شوری بعد از خشکی دومین عامل محیطی فراگیر و محدود کننده تولیدات کشاورزی است. گیاه Salosola imbricata L. از خانواده کنوپودیاسه به حالت بوته‌ای می‌روید. گلایسین بتائین معمول‌ترین محلول آلی سازگار می‌باشد و از بین بسیاری از ترکیبات آمونیومی چهارظرفیتی شناخته شده، بیشترین و فراوان‌ترین ترکیب در پاسخ به تنش‌هاست. این مطالعه به منظور بررسی و مقایسه برخی ویژگی‌های رشدی و آنزیمی گیاه شور با کاربرد گلایسین بتائین در پاسخ به سطوح مختلف تنش شوری انجام شد.

مواد و روش‌ها: این مطالعه به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در سال زراعی 97-1396 در گلخانه تحقیقاتی مرکز ملی تحقیقات شوری انجام گرفت. تیمارهای آزمایش شامل چهار سطح شوری سه (شاهد) 10، 30 و 60 دسی زیمنس بر متر (منبع آب شور) و اثر گلایسین بتائین (عدم محلول‌پاشی و غلظت 50 میلی مولار محلول‌پاشی) بر گونه شور انجام شد. در این آزمایش صفاتی از جمله طول ساقه و ریشه، نسبت طول ریشه به ساقه، وزن خشک اندام هوایی و ریشه، حجم ریشه، محتوای کلروفیل، قند محلول، میزان پرولین و پروتئین مورد ارزیابی قرار گرفت.

یافته‌ها: نتایج حاکی از آن بود که افزایش شوری سبب کاهش معنی‌دار طول ساقه در هر دو تیمار کاربرد و عدم کاربرد گلایسین بتائین شد. بیش‌ترین و کم‌ترین طول ساقه به ترتیب در گیاهان تحت تیمار شوری سه دسی زیمنس بر متر با کاربرد گلایسین بتائین و تیمار 60 دسی زیمنس و عدم مصرف گلایسین بتائین حاصل شد. در خصوص طول ریشه افزایش سطوح شوری از سه به 60 دسی زیمنس بر متر سبب کاهش معنی‌دار طول ریشه شد. کاربرد گلایسین بتائین نسبت به عدم کاربرد آن به جز در گیاهان تحت شوری 3 دسی زیمنس بر متر در سایر تیمارها سبب اختلاف معنی‌دار طول ریشه نشد. نتایج نشان داد که گیاهان تیمار شده با گلایسین بتائین دارای نسبت طول ریشه به ساقه کمتری بودند، به طوری که کاربرد گلایسین بتائین سبب کاهش 23/19 درصد نسبت طول ریشه به ساقه شد. افزایش سطوح شوری سبب کاهش معنی‌دار وزن خشک اندام هوایی گیاه شد، به طوری که با افزایش شوری از سه به 60 دسی زیمنس بر متر کاهش 8/40 درصدی در وزن خشک اندام هوایی مشاهده شد. نتایج حاکی از تأثیر معنی‌دار کاربرد گلایسین بتائین در افزایش وزن خشک اندام هوایی گیاه بود، به طوری که گلایسین بتائین سبب افزایش وزن خشک اندام هوایی گیاه به میزان 46/4 گرم در بوته شد. افزایش سطح شوری تا 30 دسی زیمنس بر متر تأثیری در میزان قند محلول نداشت، اما افزایش شوری تا سطح 60 دسی زیمنس بر متر سبب افزایش 97/31 درصد معنی‌دار قند محلول نسبت به شوری سه دسی زیمنس بر متر شد. نتایج حاکی از آن بود که محتوای پرولین با مصرف گلایسین بتائین در تمامی سطوح تنش شوری نسبت به عدم کاربرد گلایسین بتائین کاهش یافت، به طوری که این کاهش تنها در سطوح 30 و 60 دسی زیمنس بر متر معنی‌دار بود.

نتیجه‌گیری: افزایش تنش شوری از سه به 60 دسی زیمنس بر متر سبب کاهش معنی‌دار طول ساقه و ریشه، نسبت طول ریشه به ساقه، وزن خشک اندام هوایی و ریشه و حجم ریشه گیاه شد. کاربرد گلایسین بتائین نسبت به عدم کاربرد آن سبب افزایش طول ساقه و ریشه، وزن خشک اندام هوایی و ریشه و حجم ریشه شد. افزایش شوری سبب افزایش قند محلول گیاه و مقدار پرولین گیاه شد. مقدار پرولین در تیمار عدم کاربرد گلایسین نسبت به کاربرد آن در هر یک از سطوح شوری دارای مقادیر بیشتری بود. به نظر می‌رسد در این مطالعه کاربرد گلایسین بتائین با بهبود ویژگی‌های رشدی گیاه سبب افزایش توان گیاه در مقابل تنش شوری شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effects of glycine betaine on some morphological and physiological characteristics of Salsola imbricata L. under salinity stress.

نویسندگان [English]

  • Rostam Yazdani-Biouki 1
  • Hamid Sodaeeizadeh 2
  • Milad Dosthoseini 3
1 Assistant Prof., National Salinity Research Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Yazd, Iran
2 Faculty of Natural Resources, Yazd University, Yazd, Iran
3 M.Sc. Student, Faculty of Natural Resources, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: After drought, salinity is the second most common environmental limiting factor for agricultural production. Salsola imbricata L. from Chenopodiaceae is a small shrub plant. Glycine betaine is one of the most commonly compatible solutes and is the most abundant compound among the many known quaternary ammonium compounds in response to stress. This study was conducted to evaluate and compare the some growth and enzymatic properties of Salsola imbricata L. using glycine betaine in response to the different salt stress levels.

Materials and methods: This study was conducted as factorial based on a completely randomized design with 3 replications at Research Greenhouse of National Salinity Research Center during 2017-18 growing season. The treatments were four levels of salinity: 3 (control), 10, 30 and 60 dS M-1 (saline water resource) and two levels of GB consisted of without application and spraying with 50 mM concertation.Throughout the experiment, steam length, root length, root-shoot length ratio, shoot dry weight, root dry weight, root volume, chlorophyll content, soluble sugars, proline and protein were evaluated.

Results: The results indicated that increasing in salinity levels significantly decreased stem length in both with and without glycine betaine (GB) treatments.The highest and lowest stem length was obtained in 3 dS m-1 using GB and 60 dS m-1 without GB application, respectively. Regarding root length, increasing salinity levels from 3 to 60 dS m-1 caused a significant decrease in root length. The use of GB did not cause a significant difference in root length than no GB except in 3 dS m-1 treatments. The results showed that treated GB plants had a lower root to shoot length ratio, so that the GB application reduced root to shoot length ratio by 19.23%. Increasing levels of salinity significantly reduced shoot dry weight, so that with increasing salinity from 3 to 60 dS m-1, a 40.8% reduction was observed in shoot dry weight. The results indicated a significant effect of GB application on increasing shoot dry weight, as GB increased the shoot dry weight by 4.46 g plant-1. Increasing salinity levels up to 30 dS m-1 did not affect the amount of soluble sugar, however increasing salinity level to 60 dS m-1 resulted in significant increasing 31.97% soluble sugar by 31.97% compared to 3 dS m-1. The results revealed that proline content was decreased when GB was applied than no-GB treatments at all salt stress levels, however this reduction was only significant at 30 and 60 dS m-1 salinity levels.

Conclusions:
Increasing salt stress from 3 to 60 dS m-1 significantly reduced stem and root length, root to shoot length ratio, shoot and root weight, and root volume. Application of GB increased stem and root length, shoot and root dry weight and root volume. Increasing salinity levels enhanced soluble sugar and proline content. The amount of proline in GB application treatment was higher than no-GB at all salinity levels. It seems that in this study the use of GB increased plant ability against salt stress by improving the plant growth characteristics.

کلیدواژه‌ها [English]

  • chlorophyll
  • compatible solutes
  • foliar application
  • proline
  • soluble sugars

مراجع

1.Abshenas, M. 2017. The effect of nitrate potassium and glycinbetain sprayingon morphological and physiological Salicornia (Salicornia persica) under salinity stress. MSc dissertation. Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. (In Persian)
2.Anafjeh, E., Salehi Salmi, M., Daneshvar, M. and Meratan, A. 2017. Effect of salinity stress on growth, proline content and antioxidant enzymes activity in the halophyte Sesuvium Portulacastrum L. J. Plant Proc. Func. 6: 21. 267-278.
3.Bates, L., Waldren, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of freeproline for water stress studies. Plant Soil. 39: 205-207.
4.Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Ann. Rev. Biochem. 72: 248-254.
5.Dawood, M.G. and Sadak, M.Sh. 2014. Physiological role of glycinebetaine in alleviating the deleterious effects of drought stress on canola plants (Brassica napus L.). Middle East J. Agric. Res.3: 4. 943-954.
6.Dolatabadian, A., Modares Sanavi, S.A.M. and Sharifi, M. 2009. The effect of foliar feeding with ascorbic acid on antioxidant enzymes activities, proline and lipid peroxidation in rapeseed under salt stress. J. Sci. Technol. Agric. Natur. Res. 13: 611-620. (In Persian)
7.Eskandari, H., Ehsanpour, A.A. andAl Mansour, N. 2018. The effect of Rosmarinic acid on glycine betaine, carbohydrate and protein pattern changes of potato (Solanum tuberosum L.) callus under in vitro condition. J. Plant Biol.10: 2. 1-18. (In Persian)
8.Galeshi, S. 2016. The effect of environmental stresses (drought, salinity, heat, flooding) on plants. GorganUni Agric. Nat. Resourc. Press, 388p.(In Persian)
9.Ghosh, P.K., Ajay, K.K., Bandyopadhyay, M.C., Manna, K.G., Mandal, A.K. and Misra, K.M.H. 2004. Comparative effectiveness of cattle manure, poultry manure, phosphocompost and fertilizer-NPK on three cropping systems in vertisols of semi-arid tropics. II. Dry matter yield, nodulation, chlorophyll content and enzyme activity. Bioresour. Technol. 95: 85-93.
10.Gorham, J., Bridges, J., Jokinen, K. and Tiihonen, K. 1998. Exogenously-applied glycine betaine is not rapidly retranslocated in cotton. Proceedings of the World Cotton Research Conference-2. Athens, Greece, pp. 628-631.
11.Gorham, J., Jokinen, K., Malik, M.N.A. and Khan, I.A. 2000. Glycine betaine treatment improves cotton yields in field trials in Pakistan. Proceedings of the World Cotton Research Conference II, Athens, Greece. pp. 624-627.
12.Hadi, H. and Kalantar, A. 2015. Effects of mycorhizal symbiosis, application of super absorbant gel, glycine-betain and sugar beet extract on physiological traits and seed yield of castor bean (Ricinus communis L.) in drought stress conditions. Iran. J. Crop Sci.17: 3. 236-250. (In Persian)
13.Hamed, A.I., Masullo, M., Sheded, M.G., Mahalel, U.A., Tawfik, M.M., Perrone, A. and Piacente, S. 2011. Triterpene saponins from Salsola imbricata L. Phytochem Lett. 4: 353-356.
14.Hopkins, W.G. 1999. Introduction to plant physiology. University of Tehran Prees. 4th Edition. 1. (In Persian)  
15.Hosseinzadeh, S.R., Amiri, H. and Ismaili, A. 2016. Effect of vermicompost fertilizer on photosynthetic characteristics of chickpea (Cicer arietinum L.)under drought stress. Photosynthetica.54: 1. 87-92. (In Persian)
16.Jamil, A., Riaz, S., Ashraf, M. and Foolad, M.R. 2011. Gene expression profiling of plants under salt stress. Crit. Rev. Plant Sci. 30: 5. 435-458.
17.Kadkhodaie, H., Sodaeizadeh, H. and Mosleharani, A. 2014. The effects of exogenous application of glycine betain on growth and some physiological characteristics of Brossica napus under drought stress in field condition. Des. Ecosys. Engin. J. 3: 4.79-90. (In Persian)
18.Kamali, M., Shoor, M., Goldani, M., Selahvarzi, Y. and Tehranifar, A. 2012. Interaction Effect of Irrigation with Saline water and CO2 Enrichment on some Morphophysiological Characteristics of (Gomphrena globosa L.). J. Water Soil. 25: 6. 1457-1467. (In Persian)
19.Katsuhara, M., Chung, G.C., Sakurai, J., Murai, M., Izumi, Y. and Tsumuki, H. 2007. Low temperature and aquaporins, a molecular mechanism of water transport. Cryobiology and Cryotechnology. 53: 21-32.
20.Khan, M.A. and Gul, B. 2006. B. Halophyte seed germination. In:Khan M.A.; Weber, D.J., Eds., Eco-physiology of High Salinity Tolerant Plants, Springer, Netherlands, pp. 11-30.
21.Kochert, G. 1978. Carbohydrate determination by the phenol sulfuric acid metod in: Helebust, J.A. and Craig, S. (Ed): Hand book of phycologiaand Biochemical Methods, London: Cambridge University Press, pp. 95-97.
22.Leopold, A.C., Sun, W.Q. and Bernal-lugo, L. 1994. The glassy state in seeds: analysis and function. Seed Sci. Res.
4: 267-274.
23.Lichtenthaler, H.K. 1987. Chlorophylls and carotenoids pigments photosynthetic membranes. Methods Enzymol.
148: 350-382.
24.Miri, H.R. and Zamani Moghadam, A. 2014. The Effect of External Usage of Glycine Betaine on Corn (Zea mays L.) in Drought Condition. J. Field Crops Res. 12: 4. 704-717. (In Persian)
25.Mosleh Arany, A. and Azimzadeh, H.R. 2015. Investigation of some ecological characteristic of Salsola imbricata L.
in Tabas area. D.E.E. J. 4: 7. 21-28.(In Persian) 
26.Noorali, E., Nadian, H., Jafari, S. and Heidari, M. 2018. Effect of salinity and cadmium on some micronutrient growth and micronutrients absorption by coriander (Coriandrum sativum L.).11: 3. 737-748. (In Persian)
27.Parvaiz, A. and Satyawati, S. 2008. Salt stress and phyto-blochemical responses of plants. Plant Soil Environ. 54: 89-99.
28.Pazoki, A. and Niki Esfahlan, E. 2016. The Effect of Ascorbate and Gibberellin on Non-Enzymatic Mechanisms of Satureja (Satureja hortensis L.) in Salinity Conditions. 9: 3. 291-301. (In Persian)
29.Poorazizi, E. and Mirjalili, S.A. 2016. Plant Biochemitry. Institute of Applied Science Technology Jahad Daneshgahi Publication. 228p. (In Persian)
30.Ranjbar, G.H., Pirasteh-Anisheh, H., Banakar, M.H. and Miri, H.R. 2018. A review on halophytes researches in Iran: explanation of challenges and solutions. J. Plant Physiol. 10: 32. 117-129.(In Persian)
31.Rezaei, M.A. 2010. Effects of exogenous glycine betaine on morphophysiological characteristics and yield of soybean (Glycine max L.). J. Plant Sci. Res. 17: 1. 44-54. (In Persian)
32.Roy, S.J., Negrao, S. and Tester, M. 2014. Salt resistant crop plants. Curr. Opin. Biotechnol. 26: 115-124.
33.Selahvarzi, Y., Goldani, M., Nabati, J. and Alirezaei, M. 2011. The effects of ascorbic acid on some changes physio-chemical (Origanum majorana L.) under salinity stress. J. Hort. Sci.42: 2. 159-167. (In Persian)
34.Teimouri, A. and Jafari, M. 2010.The effects of salinity stress on someof anatomical and morphological characteristics in three Salsola species: S.rigida, S. dendroides, S.richteri. J. Range Des. Res. 17: 1. 21-34.(In Persian)
35.Vadizadeh, P., Sarajoughi, M. and Mir-Taheri, S.M. 2017. Study of salicylic acid and glycine effect on some agronomic traits of alfalfa under wet stress conditions. J. Agron. Plant Breed. 13: 2. 2-14.
36.Vafadar, Z., Rahimmalek, M., Sabzalian, M.R. and Nikbakht, A.2018 Effect of salt stress and harvesting time on morphological and physiological characteristics of Myrtle (Myrthus communis). J. Plant Proc. Func. 7: 23. 33-46. (In Persian)
37.William, W.P., Brain, A.P.R. and Dominy, P.J. 1992. Induction of non-bilayer lipid phase separation in chloroplast thylakoid membranes by compatible solutes and its relation to the thermal stability of photosystem II. Biochimica et Biophysica Acta. 1099: 137-141.
38.Yang, W.J., Rich, P.J., Axtell, J.D., Wood, K.V., Bonham, C.C., Ejeta, G., Mickelbart, M.V. and Rhodes, D. 2003. Genotypic variation for glycinebataine in sorgohum. Crop Sci. 43: 162-169.
39.Zarinkamar, F. and Farkhah, A.S. 2005. Comparative studies between different aspects of the three halophyte speacies, Salsola dendroides, Aeluropus lagopoides and Alhagi persarum. Pajouhesh and Sazandegi. 66: 50-66. (In Persian)
40.Zeng, H.C., Deng, L.H. and Zhang, C.F. 2006. Cloning of salt tolerance-related cDNAs from the mangrove plant, Sesuvium portulacastrum L. J. Int. Plant Biol. 48: 952-957.
41.Zhao, L., Yang, Z., Guo, Q., Mao, S., Li, S., Sun, F., Wang, H. and Yang, C. 2017. Transcriptomic profiling and physiological responses of halophyte Kochia sieversiana Provide Insights into salt tolerance. Front. Plant Sci. 24: 1-13.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 27، شماره 3
آذر 1399
صفحه 97-113

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار