کاهش آسیب یخ‌زدگی در گیاه پوششی کورونیلا (Coronilla varia) با محلول‌پاشی گلایسین بتائین

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد علوم باغبانی- گیاهان زینتی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

2 نویسنده مسئول، استادیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

3 استادیار پژوهشی، پژوهشکده مرکبات و میوه‌های نیمه گرمسیری، مؤسسه تحقیقات علوم باغبانی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رامسر، ایران

چکیده

سابقه و هدف: کورونیلا (Coronilla varia) یا یونجه تاجی یکی از گیاهان خانواده Fabaceae است که به صورت خودرو در مناطق مختلف ایران پراکنش دارد. سرعت گسترش مناسب ریشه و شاخساره، همچنین کیفیت ظاهری این گیاه در شرایط تنش سبب شده که برای کنترل فرسایش خاک از آن استفاده شود. علاوه بر این، دارا بودن پتانسیل سرزنی و رشد مجدد، کورونیلا را به یک گزینه مناسب برای جایگزین شدن با چمن در فضاهای سبز تبدیل کرده است. این مطالعه با هدف ارزیابی پاسخ کورونیلا به تنش یخ‌زدگی و تاثیر گلایسین بتائین در کاهش آسیب‌ به گیاهچه آن، انجام شد.

مواد و روش‌ها: آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. دمای پایین به مدت یک ساعت در پنج سطح [25 (شاهد)، صفر، ۵-، ۱۰- و ۱۵- درجه سلسیوس] به عنوان فاکتور اول و محلول‌پاشی با گلایسین بتائین (یک روز قبل از تنش یخ‌زدگی) در دو سطح (صفر و ۱۰۰ میلی‌مولار) به عنوان فاکتور دوم در نظر گرفته شد. بعد از تنش یخ‌زدگی، میزان آسیب یخ‌زدگی و شاخص‌های فیزیولوژیک (محتوای نسبی آب، نشت یونی) و بیوشیمیایی (میزان کلروفیل، پرولین، پراکسیداسیون لیپیدها، پروتئین و آنزیم پراکسیداز) اندازه‌گیری شد.

یافته‌ها: براساس نتایج، مواجه گیاهچه کورونیلا با دماهای پایین (10- و 15- درجه سلسیوس) موجب افزایش آسیب به شاخساره آن شد. عدم تفاوت معنی‌دار بین دمای صفر و 5- درجه سلسیوس نشان‌دهنده قابل تحمل بودن دمای 5- درجه سلسیوس برای گیاه است. محلول‌پاشی با گلایسین بتائین خسارت و آسیب به برگ را کاهش داد. نتایج نشان داد که تحت تنش یخ‌زدگی محتوای نسبی آب برگ و ریشه کاهش می‌یابد. کمترین محتوای نسبی آب برگ با میزان 18/57 درصد و 02/59 درصد به ترتیب مربوط به تنش شدید در دماهای 10- و 15- درجه سلسیوس بود. مواجه گیاه با دماهای یخ‌زدگی مقدار نشت یونی ریشه و برگ را افزایش داد، به طوری که تحت تنش شدید دمای پایین (15- درجه سلسیوس) نسبت به شاهد (دمای 25 درجه سلسیوس) میزان نشت یونی برگ افزایش 27 درصدی نشان داد. با کاهش دما، محتوای کلروفیل برگ ابتدا در دمای صفر درجه سلسیوس نسبت به دمای 25 درجه سلسیوس افزایش و در دماهایی زیر صفر درجه سلسیوس کاهش یافت. در حالی که کاربرد گلایسین بتائین (100 میلی‌مولار) باعث افزایش محتوای کلروفیل برگ تحت شرایط تنش یخ‌زدگی شد. نتایج نشان داد که با کاهش دما، میزان پرولین در برگ و ریشه افزایش می‌یابد. محلول‌پاشی گلایسین بتائین باعث افزایش 7 درصدی پرولین برگ شد. از طرف دیگر، تنش یخ‌زدگی منجر به کاهش میزان پروتئین برگ (16 درصد) و ریشه (26 درصد) کورونیلا در دمای 10- درجه سلسیوس شد. علاوه بر این با کاهش دما، میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز برگ (66 درصد) و ریشه (156 درصد) و همچنین میزان مالون دی‎آلدهید برگ (193 درصد) و ریشه (141 درصد) افزایش یافت.

نتیجه‌گیری: می‌توان جمع‌بندی کرد که شاخص‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی کورونیلا تحت تأثیر تنش یخ‌زدگی قرار گرفتند. براساس نتایج، میزان آسیب‌پذیری برگ کورونیلا بیشتر از ریشه بود. دمای پایین از طریق کاهش محتوای نسبی آب برگ و ریشه و افزایش نشت یونی سبب آسیب به شاخساره کورونیلا شد، در حالی که محلول‌پاشی با 100 میلی‌مولار گلایسین بتائین اثرات منفی تنش را کاهش داد. همچنین محلول‎پاشی گلایسین بتائین از طریق افزایش تجمع اسمولیت‎های سازگار مانند پرولین در برگ و ریشه باعث کاهش اثرات نامطلوب تنش دمای پایین در کورونیلا گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Alleviation of freezing injury to Coronilla (Coronilla varia) Ground Cover by Foliar application of glycine betaine

نویسندگان [English]

  • Zahra Hatami 1
  • Zeynab Roein 2
  • Mohammad Ali Shiri 3
1 M.Sc. Student, Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran
2 Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam University, Ilam, Iran.
3 Research Assistant Prof., Citrus and Subtropical Fruit Research Center, Horticulture Science Research Institute, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Ramsar, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Coronilla varia or Crownvetch is belonging to the Fabaceae family that is wildly distributed in different parts of Iran. The rapid spread of roots and shoots, as well as the ability to grow in stressful conditions, has caused it to be used to control soil erosion. In addition, the possibility of moving and regrowth has made Coronilla an appropriate alternative to turfgrass in green spaces. The aim of this study was to evaluate the response of Coronilla to freezing stress and the effect of glycine betaine on reducing seedling damage.

Materials and methods: a factorial experiment was conducted in a completely randomized design with three replications. Low temperature for one hour in five levels [25 (control), 0, -5, -10 and -15°C] were used as the first factor and spraying with glycine betaine (one day before freezing stress) on two levels (0 and 100 mM) was considered as the second factor. After freezing stress, freezing injury, and physiological (relative water content, ion leakage) and biochemical (chlorophyll, proline, lipid peroxidation, protein, and peroxidase) attributes were measured.

Results: According to the results, exposure to freezing temperatures (-10 and -15°C) increased the damage to Coronilla shoots. The absence of the difference between 0 and -5°C indicates that the temperature of -5°C is tolerable for the Coronilla. Foliar application of glycine betaine reduced leaf damage. The results showed that under freezing stress the relative water content of leaves and roots decreases. The lowest relative water content of leaf with 57.18% and 59.02% was related to severe stress at -10 and -15°C, respectively. Under freezing temperatures, the amount of ion leakage of roots and leaves increased, so that under severe stress of low temperature -15°C compared to 25°C, the amount of ion leakage of leaves increased by 27%. With decreasing temperature, the chlorophyll content of the leaves first increased at 0°C compared to 25°C, then decreased at temperatures below 0°C. While the use of glycine betaine (100 mM) increased the leaf chlorophyll content under freezing conditions. The results showed that with lowering temperatures, the amount of proline in leaf and root increased. In addition, foliar application of glycine betaine increased leaf proline by 7%. On the other hand, freezing stress led to a decrease in leaf (16%) and root (26%) protein at -10°C in Coronilla. In addition, compared to control with lowering the temperature, the high accumulation of malondialdehyde (leaf, 193%; root, 141%), and the activity of peroxidase enzyme in leaves (66%) and roots (156%) recorded.

Conclusion: Based on the results, it can be concluded that physiological and biochemical traits of Coronilla were affected by freezing stress. According to the results, leaf vulnerability was higher than the root. Low temperature caused damage to Coronilla by reducing the relative water content and ion leakage of leaves and roots. While spraying with 100 mM glycine betaine reduced the negative effects of freezing stress. Also, foliar application of glycine betaine effectively alleviates the adverse effects of freezing injury in Coronilla by increasing the accumulation of compatible osmolytes such as proline in leaves and roots.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coronilla
  • Ion leakage
  • Physiological response
  • Proline
  • Stress

مراجع

1.Abid, M., Ali, S., Qi, L. K., Zahoor, R., Tian, Z., Jiang, D., Snider, J.L. and Dai, T. 2018. Physiological and biochemical changes during drought and recovery periods at tillering and jointing stages in wheat (Triticum aestivum L.). Sci. Rep. 8(1): 1-15.
2.Ali, S., Abbas, Z., Seleiman, M. F., Rizwan, M., YavaŞ, İ., Alhammad, B. A., Shami, A., Hasanuzzaman, M. and Kalderis, D. 2020. Glycine betaine accumulation, significance and interests for heavy metal tolerance in plants. Plants. 9(7): 896.
3.Al-Snafi, A.E. 2016. The pharmacological and toxicological effects of Coronilla varia and Coronilla scorpioides: A Review. Pharm. Chem. J. 3(2): 105-114.
4.Amini, F., Noori, M., Askari, M., Foroughi, M. and Abbaspour, J. 2012. Ni induction changes to some biochemical traits and protein electrophoresis pattern of Coronilla varia under hydroponic culture. J. Crop Prod. Proc. 2 (5): 143-152.(In Persian)
5.Arrora, R.M.E. and Wisniewski, R. 1992. Cold acclimation in genetically related (sibling) deciduous and evergreen peach (Prunus persica Batsch). Plant Physiol. 99: 1562-1568.
6.Ashraf, M. and Foolad, M.R. 2007. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance. Environ. Exp. Bot. 59: 206-216.
7.Bao, G., Ao, Q., Li, Q., Bao, Y.,Zheng, Y., Feng, X. and Ding, X.2017. Physiological characteristics of Medicago sativa L. In response to acid deposition and freeze-thaw stress. Water Air Soil Pollut. 228(9): 376.
8.Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil. 39(1): 205-207.
9.Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72(1-2): 248-254.
10.Chance, B. and Maehly, A.C. 1955. Assay of catalases and peroxidases. Meth. Enzymol. 2: 764-775.
11.Chen, T.H. and Murata, N. 2011. Glycine betaine protects plants against abiotic stress: mechanisms and biotechnological applications. PlantCell Environ. 34(1): 1-20.
12.Fathi, E., Tahmasebi, I. and Teimoori, N. 2016. Electrolyte leakage and catalase and peroxidase activity in chickpea genotypes seedling, in response to low temperatures. Agroecol. J. 12(2): 25-34. (In Persian)
13.Gan, L., Zhang, X., Liu, S. and Yin, S. 2018. Mitigating effect of glycine betaine pretreatment on drought stress responses of creeping bentgrass. Hort. Sci. 53(12): 1842-1848.
14.Giri, J. 2011. Glycinebetaine and abiotic stress tolerance in plants. Plant Signal. Behav. 6(11): 1746-1751.
15.Hajihashemi, S., Brestic, M., Landi, M. and Skalicky, M. 2020. Resistance of Fritillaria imperialis to freezing stress through gene expression, osmotic adjustment and antioxidants. Sci. Rep. 10(1): 1-13.
16.Hajihashemi, S., Noedoost, F., Geuns, J., Djalovic, I. and Siddique, K.H. 2018. Effect of cold stress on photosynthetic traits, carbohydrates, morphology, and anatomy in nine cultivars of Stevia rebaudiana. Front. Plant Sci. 9: 1430.
17.Hamani, A.K.M., Wang, G., Soothar, M.K., Shen, X., Gao, Y., Qiu, R. and Mehmood, F. 2020. Responses of leaf gas exchange attributes, photosynthetic pigments and antioxidant enzymesin NaCl-stressed cotton (Gossypium hirsutum L.) seedlings to exogenous glycine betaine and salicylic acid. BMC Plant Biol. 20(1): 1-14.
18.Heath, R.L. and Packer, L. 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch. Biochem. Biophys. 125(1): 189-198.
19.Hosseini Valashkolaee, S., Tajvar, Y., Azadbakht, M. ‌and Rafie-rad, Z. 2018. Evaluation of physiological and biochemical responses of some ornamental Citrus varieties under low temperature stress. J. Crop Improv. 19(4): 979-994. (In Persian)
20.Hu, L., Hu, T., Zhang, X., Pang, H. and Fu, J. 2012. Exogenous glycine betaine ameliorates the adverse effect of salt stress on perennial ryegrass. J. Am. Soc. Hort. Sci. 137(1): 38-46.
21.Karami, F., Gholami, M., Ershadi, A. and Sio-Se Mardeh, A. 2018. Evaluation of winter cold tolerance and critical temperature (LT50) estimation in 21 strawberry cultivars. Iran. J. Hort. Sci. 49(1): 79-91. (In Persian)
22.Koocheki, A. and Seyyedi, S.M. 2019. Mother corm origin and planting depth affect physiological responses in saffron (Crocus sativus L.) under controlled freezing conditions. Ind. Crops Prod. 138: 111468.
23.Kubiś, J., Floryszak-Wieczorek, J.and Arasimowicz-Jelonek, M. 2014. Polyamines induce adaptive responses in water deficit stressed cucumber roots. Plant Res. 127(1): 151-158.
24.Li, X., Ahammed, G.J., Li, Z.X., Zhang, L., Wei, J.P., Yan, P. and Han, W.Y. 2018. Freezing stress deteriorates tea quality of new flush by inducing photosynthetic inhibition and oxidative stress in mature leaves. Sci. Hort.230: 155-160.
25.Lichtenthaler, H.K. and Buschmann, C. 2001. Chlorophylls and carotenoids: Measurement and characterization by UV‐VIS spectroscopy. Curr. Prot. Food Anal. Chem. 1(1): F4-3.
26.Liu, B., Xia, Y.P., Krebs, S.L., Medeiros, J. and Arora, R. 2019. Seasonal responses to cold and light stresses by two elevational ecotypes of Rhododendron catawbiense: A comparative study of overwintering strategies. Environ. Exp. Bot. 163: 86-96.
27.Long, S., Yan, F., Yang, L., Sun, Z. and Wei, S. 2020. Responses of Manila Grass (Zoysia matrella) to chilling stress: From transcriptomics to physiology. PloS one. 15(7): e0235972.
28.Lutts, S., Kinet, J.M. and Bouharmont,J. 1996. NaCl-induced senescence in leaves of rice (Oryza sativa L.) cultivars differing in salinity resistance. Ann. Bot. 78(3): 389-398.‏
29.Malekzadeh, P. 2015. Influence of exogenous application of glycine betaine on antioxidative system and growth of salt stressed soybean seedlings (Glycine max L.). Physiol. Mol. Biol. Plants.20: 133-137.
30.Mickelbart, M.V. and Boine, B. 2020. Glycine betaine enhances osmotic adjustment of ryegrass under cold temperatures. Agron. 10(2): 210.
31.Molano-Flores, B. 2014. An invasive plant species decreases native plant reproductive success. Nat. Areas J. 34(4), 465-470.
32.Nah, G., Lee, M., Kim, D.S., Rayburn, A.L., Voigt, T. and Lee, D.K. 2016. Transcriptome analysis of spartina pectinata in response to freezing stress. PloS one. 11:e0152294.
33.Nawaz, M. and Wang, Z. 2020. Abscisic acid and glycine betaine mediated tolerance mechanisms under drought stress and recovery in Axonopus compressus: A new insight. Sci. Rep. 10(1):1-10.
34.Nezami, A., Ahmadi Lahijani, M.J., Shojaei Nofarst, K., Javad Rezaei, J.and Fazeli, F. 2016. Freezing tolerance of grass species under controlled conditions. Int. J. Plant Prod. 23 (1): 89-106. (In Persian)
35.Oquist, G., Hurry, V.M. and Huner, N.P.A. 1993. Low-temperature effects on photosynthesis and correlation with freezing tolerance in spring and winter cultivars of wheat and rye. Plant Physiol. 101: 245-250.
36.Oraee, A., Tehranifar, A., Nezami, A. and Shoor, M. 2018. Effects of drought stress on cold hardiness of non-acclimated viola (Viola×wittrockiana ‘Iona Gold with Blotch’) in controlled conditions. Sci. Hort. 238: 98-106.
37.Oraee, A., Tehranifar, A., Nezami, A. and Shoor, M. 2020. The effects of three levels of irrigation water on the improvement of cold tolerance of acclimated viola. Acta Physiol. Plant. 42(7): 10-10.
38.Pan, Y., Zhang, S., Yuan, M., Song, H., Wang, T., Zhang, W. and Zhang, Z. 2019. Effect of glycine betaine on chilling injury in relation to energy metabolism in papaya fruit duringcold storage. Food Sci. Nutr.7(3): 1123-1130.
39.Pu, Y., Liu, L., Wu, J., Zhao, Y., Bai, J., Ma, L., Yue, J., Jin, J., Niu, Z., Fang, Y. and Sun, W. 2019. Transcriptome profile analysis of winter rapeseed (Brassica napus) in response to freezing stress, reveal potentially connected events to freezing stress. Int. J. Mol. Sci. 20(11): 2771.
40.Robinson, S. and Jones, G. 1986. Accumulation of glycine betainein chloroplasts provides osmotic adjustment during salt stress. Func. Plant Biol. 13(5): 659-668.
41.Rodríguez-Zapata, L.C., Gil, F.L.E., Cruz-Martínez, S., Talavera-May, C.R., Contreras-Marin, F., Fuentes, G. and Santamaría, J.M. 2015. Preharvest foliar applications of glycine-betaine protects banana fruits from chilling injury during the postharvest stage. Chem. Biol. Technol. Agric. 2(1): 1-10.
42.Roein, Z. and Chameh, T. 2017. Evaluation of cold and drought stress tolerance of Coronilla ground cover (Coronilla varia) in seedling stage. Research Project. Ilam University.(In Persian)
43.Saadati, S., Baninasab, B., Mobli, M. and Gholami, M. 2021. Foliar application of potassium to improve the freezing tolerance of olive leaves by increasing some osmolite compounds and antioxidant activity. Sci. Hort.276: 109765.
44.Sakai, A. and Larcher, W. 2012.Frost survival of plants: responses and adaptation to freezing stress (Vol. 62). Springer Sci. Bus. Media.
45.Sakamoto, A. and Murata, N. 2002.The role of glycine betaine in the protection of plants from stress: clues from transgenic plants. Plant Cell Environ. 25(2): 163-171.
46.Slabbert, M.M. and Krüger, G.H.J. 2014. Antioxidant enzyme activity, proline accumulation, leaf area and cell membrane stability in water stressed Amaranthus leaves. S. Afr. J. Bot.95: 123-128.
47.Volaire, F., Thomas, H. and Lelievre, F. 1998. Survival and recovery of perennial forage grasses under prolonged Mediterranean drought: I. Growth, death, water relations and solute content in herbage and stubble. New Phytol. 140(3): 439-449.
48.Wang, K., Bai, Z.Y., Liang, Q.Y.,Liu, Q.L., Zhang, L., Pan, Y.Z.,Liu, G.L., Jiang, B.B., Zhang, F. andJia, Y. 2018. Transcriptome analysisof chrysanthemum (Dendranthema grandiflorum) in response to low temperature stress. BMC Genomics. 19(1): 319.
49.Wei, S., Du, Z., Gao, F., Ke, X., Li, J., Liu, J. and Zhou, Y. 2015. Global transcriptome profiles of 'Meyer' Zoysia grass in response to cold stress. PLoS One. 10(6): e0131153.
50.Xiaochuang, C., Chu, Z., Lianfeng,Z., Junhua, Z., Hussain, S., Lianghuan, W. and Qianyu, J. 2017. Glycine increases cold tolerance in rice via the regulation of N uptake, physiological characteristics, and photosynthesis. Plant Physiol. Biochem. 112: 251-260.
51.Xin, Z. and Browse, J. 2000. Cold comfort farm: the acclimation of plants to freezing temperatures. Plant Cell Environ. 23(9): 893-902.
52.Zheng, W., Li, Y., Gong, Q., Zhang, H., Zhao, Z., Zheng, Z., Wang, Z., Zhao, Z. and Wang, Z. 2017. Improving yield and water use efficiency of apple trees through intercrop-mulch of crown vetch (Coronilla varia L.) combined with different fertilizer treatments in the Loess Plateau. Span. J. Agric. Res. 14(4): 1207.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 28، شماره 4
دی 1400
صفحه 195-212

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار