بررسی اثر سطوح مختلف تنش شوری و رقم بر ویژگی‌های بیوشیمیایی، فیزیولوژیکی و غلظت عناصر غذایی گیاه قرنفل (Dianthus barbatus)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

2 نویسنده مسئول، دانشیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

3 استاد گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

4 استادیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌‌آباد، ایران

چکیده

چکیده:

سابقه و هدف: شوری یکی از اصلی‌ترین تنش‌های محیطی است که استقرار گیاهچه و عملکرد گیاهان فضای سبز را تحت تاثیر قرار می‌دهد. تنش شوری غالباً رشد و بهره وری گیاه را محدود می‌کند، و این تنش تحت تأثیر طیف متنوعی از فرایندها قرار دارد. گیاه قرنفل، با نام علمی Dianthus barbatus متعلق به خانواده میخک‌سانانCaryophyllaceae از مهم‌ترین گیاهان زینتی در فضای باز محسوب می‌شود که در فصل بهار زیبایی خاصی به محیط می‌دهد. این گیاه در دامنه وسیعی از شرایط آب و هوایی رشد می‌کند. با توجه با اینکه تحقیقات گسترده‌ای در زمینه حد آستانه تنش شوری و مقاومت ارقام در این گیاه بررسی نشده است، بنابراین این تحقیق با هدف بررسی اثر سطوح مختلف تنش شوری و نوع رقم بر برخی صفات فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و غلظت عناصر غذایی ﮔﻴﺎه قرنفل در شرایط گلخانه‌ای انجام شد.

مواد و روش‌ها: این آزمایش در آبان سال 1399 در گلخانه تحقیقاتی شهرداری خمین واقع در استان مرکزی، به‌صورت فاکتوریل، در قالب طرح کاملا تصادفی، با سه تکرار انجام شد. فاکتور اول، ارقام در دو سطح (شامل ارقام دیانا و باربارین)، فاکتور دوم شوری ناشی از کلرید سدیم در 10 سطح (شامل 0، 10، 20، 30، 40، 50، 60، 70، 80 و 90 میلی مولار) بودند. بذرها از شرکت هلندی تهیه و در گلدان حاوی خاک، کود دامی و ماسه کشت شدند. صفات اندازه‌گیری شده در این آزمایش شامل غلظت عناصر نیتروژن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، سدیم، رنگیزه‌های فتوسنتزی، کاروتنوئید، پرولین، نشت یونی، مالون دی آلدئید، محتوای نسبی آب برگ و فعالیت آنزیم‌های برگ (کاتالاز و پراکسیداز) بودند.

یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس داده‌ها نشان داد، اثرات اصلی و اثرات متقابل تنش شوری و رقم بر صفات آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی کاتالاز، پراکسیداز، غلظت عنصر پتاسیم و نشت یونی معنی‌دار شد. با افزایش غلظت کلریدسدیم، میزان کلروفیل و کاروتنوئید، غلظت عناصر کلسیم، منیزیم، نیتروژن، فسفر و محتوای برگ، کاهش، و میزان مالون دی آلدئید، نشت الکترولیت، فعالیت آنزیم‌ها، پرولین و غلظت عناصر سدیم و پتاسیم افزایش یافت. از بین دو رقم مورد بررسی رقم باربارین نسبت به رقم دیانا نسبت به تنش شوری، متحمل‌تر بود. بیش‌ترین غلظت پتاسیم (157/5 درصد) در رقم باربارین و در شرایط بدون تنش و کم‌ترین میزان (79/14 درصد) در رقم دیانا در شرایط تنش شدید (90 میلی‌مولار) مشاهده شد. بیشترین غلظت سدیم (36/1 درصد) در شرایط تنش شدید (90 میلی-مولار) و کمترین غلظت (2196/0 درصد) در شرایط بدون تنش گزارش شد. غلظت سدیم در رقم باربارین (5082/0 درصد) نسبت به رقم دیانا (5447/0 درصد) کمتر بود که نشاهنده مقاومت بیشتر این رقم در جذب عنصر سدیم بود.

نتیجه‌گیری: با توجه نتایج به دست آمده از تحقیق حاضر، با افزایش غلظت کلرید سدیم شاخص‌های فیزیولوژیکی مانند، میزان کلروفیل و کاروتنوئید و محتوای نسبی آب برگ، کاهش و شاخص‌های بیوشیمیایی مانند میزان مالون‌دی‌آلدئید، فعالیت آنزیم‌ها، غلظت عنصر سدیم و پتاسیم، نشت الکترولیت و پرولین افزایش یافت. نتایج این مطالعه مشخص نمود که ارقام مورد بررسی در این پژوهش نسبت به مقادیر کم شوری (40-10 میلی مولار) مقاوم و در شرایط شوری متوسط و شدید (90-50 میلی‌مولار) تا حدودی حساس بودند. از بین ارقام مورد بررسی، رقم باربارین نسبت به رقم دیانا متحمل‌تر به شرایط شوری خاک متوسط و شدید بود. همچنین مطابق با نتایج به‌دست آمد حد بهینه در شرایط تنش شوری برای گیاه قرنفل در حدود شوری 60-50 میلی‌مولار گزارش شد.

واژگان کلیدی: جذب عناصر، تنش شوری، کلروفیل، گیاه قرنفل، محتوای نسبی آب

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of different levels of salinity stress and cultivar on biochemical and physiological characteristics and nutrient concentration of William Sweet (Dianthus barbatus)

نویسندگان [English]

  • Vahid Ghasemi 1
  • َAbdollah Ehtesham Nia 2
  • Abdolhossein Rezaeinejad 3
  • Hasan Mumivand 4
1 Ph.D. Graduate, Dept. of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran.
2 Corresponding Author, Associate Prof., Dept. of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran.
3 Professor, Dept. of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran
4 Assistant Prof., Dept. of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran.
چکیده [English]

The effect of different levels of salinity stress and cultivar on biochemical and physiological characteristics and nutrient concentration of William Sweet (Dianthus barbatus)



Background and Objectives: Salinity is one of the main environmental stresses that affects seedling establishment and plant yield. Salinity stress often limits plant growth and productivity, and this stress is affected by a variety of processes. Dianthus barbatus belongs to the Caryophyllaceae family and is one of the most important ornamental plants in the open air, which gives a special beauty to the environment in spring. This plant grows in a wide range of climatic conditions. Due to the fact that extensive research on salinity stress threshold and cultivar resistance in this plant has not been studied, so this study aims to investigate the effect of different levels of salinity stress and cultivar type on some physiological, biochemical and nutrient concentration of Dianthus was done in greenhouse conditions.

Materials and methods: This experiment was performed in November 2019 in the research greenhouse of Khomeyn Municipality located in Markazi province, as a factorial, in a completely randomized design, with three replications. The first factor was cultivars at two levels (including Diana and Barbarin cultivars), the second factor was salinity due to sodium chloride at 10 levels (including 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 and 90 mM). The seeds were prepared from a Dutch company and planted in pots containing soil, manure and sand. The traits measured in this experiment included the concentration of NPK, calcium, magnesium, sodium, photosynthetic pigments, carotenoid content, proline, Electrolyte Leakage, Lipid peroxidation, relative leaf water content (RWC) and leaf enzyme activity (catalase and peroxidase)

Results: The results of ANOVA showed that the main effects and interactions of salinity stress and cultivar were significant for catalase, peroxidase, potassium uptake and Electrolyte Leakage. As the concentration of sodium chloride increased, the amount of chlorophyll and carotenoids, the concentration of calcium, magnesium, nitrogen, phosphorus and RWC decreased, and the amount of malondialdehyde, electrolyte Leakage, enzyme activity, proline and absorption of sodium and potassium increased. Among the two cultivars studied, Barbarin cultivar was more tolerant to salinity stress than Diana cultivar. The highest uptake of potassium (5.157%) in Barbarin cultivar under non-stress conditions, the lowest (14.79%) in Diana cultivar under severe stress conditions (90 mM). The highest sodium uptake (1.36%) was reported in severe stress conditions (90 mM) and the lowest uptake (0.2196%) in non-stress conditions. Sodium uptake in Barbarin cultivar (0.5082%) was lower than Diana cultivar (0.5474%) which indicated that this cultivar was more resistant to sodium uptake.

Conclusion: According to the results of the present study, with increasing sodium chloride concentration, physiological parameters such as chlorophyll and carotenoid content and relative leaf water content decrease and biochemical parameters such as malondialdehyde content, enzyme activity, sodium and potassium uptake, electrolyte leakage and Proline increased. The results of this study showed that the cultivars studied in this study were resistant to low salinity (10-40 mM) and somewhat sensitive to moderate and severe salinity (50-90 mM). Among the studied cultivars, Barbarin cultivar was more tolerant to moderate and severe soil salinity than Diana cultivar. Also, according to the results, the optimal limit under salinity stress for carnation was about 50-60 mM salinity

Keywords: Nutrient uptake, salinity stress, chlorophyll, carnation, RWC

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Nutrient uptake
  • salinity stress
  • chlorophyll
  • carnation
  • RWC

مراجع

1.De Pascale, S., Dalla Costa, L., Vallone, S., Barbieri, G. and Maggio, A. 2011. Increasing water use efficiency in vegetable crop production: from plant to irrigation systems efficiency. Hort. Tech. 21: 3. 301-308.
2.Mattioli, R., Marchese, D.D., Angeli, S., Altamura, M.M., Costantino, P. and Trovato, M. 2008. Modulation of intracellular proline levels affects flowering time and inflorescence architecture in Arabidopsis. Plant Mol. Biol. 66: 277-288.
3.Cabot, C., Sibole, J.V., Barcelo, J. and Poschenrieder, C. 2014. Lessons from crop plants struggling with salinity. Plant Sci. 226: 2-13.
4.Numan, M., Bashir, S., Khan, Y., Mumtaz, R., Shinwari, Z.K., Khan, A.L., Khan, A. and Ahmed, A.H. 2018. Plant growth promoting bacteria as an alternative strategy for salt tolerance in plants: A review. Microbiol. Res. 209: 21-32.
5.Oliveira, V.P., Marques, E.C., Lacerda, C.F., Prisco, J.T. and Gomes Filho, E. 2013. Physiological and biochemical characteristics of Sorghum bicolor and Sorghum sudanense subjected to salt stress in two stages of development. African J. Agric. Res. 8: 660-670.
6.Salimi, F., Shekari, F., Azimi, M.R. and Zangani, E. 2012. Role of methyl jasmonate on improving salt resistance through some physiological characters in German chamomile (Matricaria chamomilla L.). Iranian Plant Biol. J. 27: 700-711. (In Persian)
7.Kibria, M.G., Hossain, M., Murata, Y. and Hoque, M.A. 2017. Antioxidant defense mechanisms of salinity tolerance in rice genotypes. Rice Sci. 24: 155-16.
8.Zheng, J., Ma, X., Zhang, X., Hu, Q. and Qian, R. 2018. Salicylic acid promotes plant growth and salt-related gene expression in Dianthus superbus L. (Caryophyllaceae) grown under different salt stress conditions. Physiol. Mol. Biol. Plants. 24: 2. 231-238.
9.Hashemi Esfahani, A. 2000. Promotion of Modern Floriculture. Nasagh Publ. (In Persian)
10.Ahmadi, Y., Khosh-Khui, M., Salehi, H., Eshghi, S., Kamgar Haghighi, A.A. and Karami, A. 2019. Effect of Salinity Stress on Growth and Biochemical Characteristics of Three Population of Damask Rose of Iran. Iranian J. Hort. Sci. Tech. 20: 1. 89-98.
11.Aghaei Joubani, K., Taei, N., Kanani, M.R. and Yazdani, M. 2015. Effect of salt stress on some physiological and biochemical parameters of two Salvia species. J. Plant Proc. Func. 3: 9. 85-96.
12.Momenpour, A. and Imani, A. 2019. Effect of salinity stress on growth characteristics of selected almond (Prunus dulcis) genotypes. J. Plant Prod. Res. 26: 2. 29-46.
13.Roozbahani, F., Mousavi-Fard, S. and Rezaeinejad, A. 2020. Effect of proline on some physiological and biochemical characteristics of two ‎cultivars of Impatiens walleriana under salt stress. Iranian J. Hort. Sci. 51: 3. 537-549.
14.Lichtenthaler, H.K. 1987. Chlorophylls and cartenoides pigments of hotosynthetice biomembranes. Meth. in Enzym. 148: 350-382.
15.Buege, J.A. and Aust, S.D. 1978. Microsomal lipid peroxidation. Meth. in Enzyme. 52: 302-310.
16.Lutts, S., Kinet, J.M. and Bouharmont, J. 1996. NaCl-induced senescence inleaves of rice (Oryza sativa L.) cultivars differing in salinitary resistance. Ann. Botany. 78: 3. 389-398.
17.Ritchie, S.W. and Hanson, A.D. 1990. Leaf water content and gas exchange parameters of two wheat genotypes differing in drought resistance. Crop Sci. 30: 105-111.
18.Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil J. 39: 205-207.
19.Bremner, J.M., Sparks, D.L., Page, A.L., Helmke, P.A., Loeppert, R.H., Soltanpour, P.N., Tabatabian, M.A., Johnston, C.T. and Sumner, M.E. 1996. Nitrogen-total. Methods of Soil Analysis. Part 3-Chem. Meth. pp. 1085-1121.
20.Chapman, H.D. and Pratt, P.F. 1962. Methods of Analysis for Soils, Plants and Waters. Soil Sci. 93: 1. 60-62.
21.Chance, B. and Maehly, A.C. 1995. Assay of catalas and proxidase. In: Colowick, S.P., and N.D. Kaplan (eds). Meth. in Enzym. Academic Press. New York. 2: 764-775.
22.MacAdam, J.W., Nelson, C.J. and Sharp, R.E. 1992. Peroxidase Activity in the leaf elongation zone of tall fescue I. Spatial distribution of ionically bound peroxidase activity in genotypes differing in length of the elongation zone. Plant Physiol. 99: 3. 872-878.
23.Siahmansour, S., Ehtesham-Nia, A. and Rezaeinejad, A. 2020. Effect of salicylic acid foliar application on Morpho- physiological and biochemical traits of Goldenberry (Physalis peruviana L.) under salinity stress condition. J. Plant Prod. Res. 27: 1. 165-178.
24.Taheri, S., Barzegar, T., Rabiee, V. and Angourani, H. 1393. Physiological responses of two basils (Ocimum basilicum L.) cultivars to salicylic acid spraying under salinity stress. Agric. crop Manage. J. 18: 1. 259-274. (In Persian)
25.Ashraf, M. and Foolad, M.D. 2007. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance. J. Environ. Exp. Bot. 59: 206-216.
26.Sairam, R.K., Rao, K.V. and Srivastava, G.C. 2002. Differential response of wheat genotypes to longterm salinity stress in relation to oxidative stress, antioxidant activity and osmolyte concentration. Plant Sci. J. 163: 1037-1046.
27.Gill, S.S. and Tuteja, N. 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance
in crop plants. Plant Physiol. Bioch. 48: 909-930.
28.Yildiz, M. and Terzi, H. 2013. Effect of NaCl stress on chlorophyll biosynthesis, proline, lipid peroxidation and antioxidative enzymes in leaves of salt-tolerant and salt-sensitive barley cultivars. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Bilimleri Dergisi. J. Agric. Sci. 19: 79-88.
29.Sairam, R.K. and Tyagi, A. 2004. Physiology and molecular biology of salinity stress tolerance in plants. Current Sci. 86: 406-412.
30.Candan, N. and Tarhan, L. 2003. The correlation between antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation levels in Mentha pulegium organs grown in Ca2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+ and Mn2+ stress conditions. Plant Sci. 163: 769-779.
31.Noctor, G. and Foyer, C.H. 1998. Ascorbate and glutathione: keeping active oxygen under control. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. J. 49: 249-279.
32.Delavari Parizi, M., Baghizadeh, A., Enteshari, S. and Manouchehri Kalantari, K. 2012. The study of the interactive effects of salicylic acid and salinity stress on induction of oxidative stress and mechanisms of tolerance in Ocimum basilicum L. Iranian J. Plant Biol. 4: 12. 25-36.
33.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. Iranian Soc. Plant Physiol. 23: 7. 34-46.
34.Awad, A.S., Edwards, D.G. and Campbell, L.C. 1990. Phosphorus enhancement of salt tolerance of tomato. Crop Sci. 30: 1. 123-128.
35.Papadopoulos, I. and Rendig, V.V. 1983. Interactive effects of salinity and nitrogen on growth and yield of tomato plants. Plant and Soil. 73: 1. 47-57.
36.Sato, S., Sakaguchi, S., Furukawa, H. and Ikeda, H. 2006. Effects of NaCl application to hydroponic nutrient solution on fruit characteristics of tomato (lycopersicon esculentummill.). Sci. Horticul. 109: 248-253.
37.Greenway, H. and Munns, R. 1980. Mechanisms of salt tolerance in nonhalophytes. Ann. Rev. Plant Physiol. 31: 1. 149-190.
38.Shibli, R.A., Shatnawi, M.A. and Swaidat, I.Q. 2003. Growth, osmotic adjustment, and nutrient acquisition of bitter almond under induced sodium chloride salinity in vitro. Comm. Soil Sci. Plant Anal. 34: 13-14. 1969-1979.
39.Mousavi, A., Lessani, H., Babalar, M., Talaei, A.R. and Fallahi, E. 2008. Influence of salinity on chlorophyll, leaf water potential, total soluble sugars, and mineral nutrients in two young olive cultivars. J. Plant Nut. 31: 11. 1906-1916.
40.Wi, S.G., Chung, B.Y., Kim, J.H., Lee, K.S. and Kim, J.S. 2006. Deposition pattern of hydrogen peroxide in the leaf sheaths of rice under salt stress. Biol. Plant. 50: 469-472.
41.Zheng, J., Ma, X., Zhang, X., Hu, Q. and Qian, R. 2018. Salicylic acid promotes plant growth and salt-related gene expression in Dianthus superbus L. (Caryophyllaceae) grown under different salt stress conditions. Physiol. Mol. Biol. Plants. 24: 2. 231-238.
42.Sharma, P., Jha, A.B., Dubey, R.S. and Pessarakli, M. 2012. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. J. Bot. 2012: 1-26.
43.McDonald, M.B. 1999. Seed deterioration: physiology, repair, and assessment. Seed Sci. Technol. 27: 11. 177-237.
44.Appel, K. and Hirt, H. 2004. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress and signal transduction. Ann. Rev. Plant Biol. 55: 373-399.
45.Hagh, A.B., Kazemi, H., Valizadeh, M. and Javanshir, A. 2004. Resistance of spring wheat cultivars (Triticum aestivum L.) to salinity salt tolerance in vegetative and reproductive stages. Iranian J. Agri. Sci. 35: 1. 61-71.
46.Rezaei, M.AM., Khavarinejad, R.F. and Fahimei, H. 2004. Physiological response of cotton plant to different soil salinities. Res. Construc. 62: 81-89.
47.Talwar, H.S., Kumari, A., Surwenshi, A. and Seetharama, N. 2011. Sodium: potassium ratio in foliage as an indicator of tolerance to chloride-dominant soil salinity in oat (Avena sativa). Indian J. Agric. Sci. 81: 481-484.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 30، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 1-19

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار