تاثیر تنش خشکی بر ویژگی‌های مورفولوژیکی و بیوشیمیایی برخی گونه های گل سوسن

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد اصلاح و فیزیولوژی گل‌ها و گیاهان زینتی، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

2 نویسنده مسئول، استادیار گروه علوم باغبانی و فضای سبز، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

3 استاد گروه علوم باغبانی و فضای سبز، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

4 استادیار گروه علوم باغبانی و فضای سبز، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

5 دانش‌آموخته دکتری اصلاح و فیزیولوژی گل‌ها و گیاهان زینتی، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: تنش خشکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده رشد گیاهان در جهان می‌باشد و متداول‌ترین تنشی است که بخش بیشتری از اراضی جهان را تهدید و باعث کاهش محصولات مختلف می‌شود. تنش‌های محیطی باعث تغییراتی در رشد و نمو گیاهان داروئی، مقدار و کیفیت مواد مؤثره آنها می‌شود که این ترکیبات گیاهان را در مقابل عوامل مزاحم خارجی و همچنین شرایط نامساعد محیطی حفاظت می‌کند تا گیاهان بتوانند به حیات خود ادامه دهند. استفاده از شیوه‌های کشت بافت گیاهان در شرایط آزمایشگاهی نسبت به کشت‌های مزرعه‌ای، محیط کنترل شده‌ای را برای مطالعات فیزیولوژیکی از قبیل اثرات تنش خشکی با استفاده از گیاهان فراهم کرده است تا با مدیریت عوامل محیطی بتوان به حداکثر محصول دست یافت.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در قالب طرح کاملاً تصادفی در آزمایشگاه کشت بافت و بیوتکنولوژی دانشگاه محقق اردبیلی به منظور غربال‌گری درون شیشه‌ای سه گونه گل سوسن نسبت به تنش خشکی انجام گردید. فلس‌های سوخک‌ درون‌شیشه‌ای tsingtauense .L، L. regale و L. ledebourii در محیط کشت پایه MS حاوی غلظت‌های مختلف پلی‌اتیلن‌گلیکول6000 (0، 5، 10، 20 و 40 گرم در لیتر) کشت گردید پس از دو ماه شاخص‌های مورفولوژیکی گیاهچه‌های باززایی شده از قبیل ارتفاع گیاهچه، طول و تعداد برگ، تعداد سوخک، تعداد ریشه و وزن تر و همچنین شاخص‌های بیوشیمیایی مانند میزان پرولین، کربوهیدرات‌های محلول، فنل، فلاونوئید، آنتوسیانین، کلروفیل و کاروتنوئید در هر یک از تیمارها بصورت جداگانه اندازه‌گیری و مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: در پژوهش حاضر از بین سه گونه گل سوسن فقط L. regale برگ تولید کرد نتایج نشان داد که ارتفاع گیاهچه، تعداد و طول برگ، تعداد سوخک و تعداد ریشه و وزن تر گیاهچه‌ها با افزایش تنش خشکی کاهش یافت. بیشترین تعداد سوخک از L. ledebourii، بیشترین تعداد ریشه از L. regale و بیشترین وزن تر از نمونه‌های tsingtauense.L بدست آمد. بیشترین مقدار فنل و کاروتنوئید از L. regale و بیشترین مقدار پرولین از L. ledebourii حاصل شد در حالی که tsingtauense.L نسبت به گونه های دیگر از فلاونوئید، آنتوسیانین و کلروفیل بیشتری برخوردار بود. طبق نتایج بدست آمده میزان پرولین، فلاونوئید و آنتوسیانین همبستگی مثبتی با میزان تنش خشکی داشت ولی بیشترین میزان کربوهیدرات‌های محلول و فنل از تیمار 10 ‌گرم در لیتر پلی‌اتیلن‌-گلیکول و بیشترین مقدار کاروتنوئید نیز از غلظت 5 گرم در لیتر پلی‌اتیلن‌گلیکول بدست آمد.
نتیجه‌گیری: در پژوهش حاضر تنش خشکی با کاهش طویل شدن و تقسیم سلولی و با تاثیر بر روی فرآیندهای مختلف فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و هورمونی شاخص‌های رشدی گیاهچه‌های گونه‌های گل سوسن را کاهش داد در حالی که میزان شاخص-های بیوشیمیایی نسبت به شاهد در شرایط تنش خشکی تجمع پیدا کردند. افزایش پرولین، کربوهیدرات‌های محلول و متابولیت‌های ثانویه علاوه بر افزایش عملکرد محصول، نوعی ساز و کار تحمل به تنش خشکی بوده و شاخصی جهت ارزیابی مقاومت گیاه به تنش خشکی محسوب می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of drought stress on morphological and biochemical characteristics of some lily species

نویسندگان [English]

  • rezvan ahadi rad 1
  • Younes Pourbeyrami hir 2
  • Esmaeil chamani 3
  • Hassan Maleki Lajayer 4
  • Nouraddin Izadi 5
1 M.Sc. Graduate in Breeding and Physiology of Ornamental Plants, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabili, Iran.
2 . Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Horticulture and Landscaping, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabili, Iran.
3 Professor, Dept. of Horticulture and Landscaping, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabili, Iran.
4 Assistant Prof., Dept. of Horticulture and Landscaping, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabili, Iran.
5 Ph.D. Graduate in Breeding and Physiology of Ornamental Plants, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabili, Iran.
چکیده [English]

Background and objective: Drought stress is one of the most important factors limiting plant growth in the world and is the common stress that threatens most of the world and reduces crops. Drought stress are the most common stress that reduces agricultural yields. In some medicinal plants, the use of environmental stresses causes changes in the growth and development of medicinal plants and on the other hand causes changes in the amount and quality of their, effective materials which protect plants against external disturbances as well as unfavorable environmental conditions so that the plants can survive. Today, the use of plant tissue culture techniques in vitro has provided a controlled environment for physiological studies such as the effects of drought stress to achieve maximum yield with more management of environmental factors.
Material and Methods: This study was carried out in a completely randomized design in the tissue culture and biotechnology laboratory of university of mohaghegh ardabili for in vitro screening of three species of lily for drought stress. In vitro bulblet scales of L. tsingtauense, L. regale and L. ledebourii in MS medium containing different concentrations of polyethyleneglycol 6000 (0, 5, 10, 20 and 40 g/l) was cultured. After two months, morphological characteristics of regenerated plantlets such as plantlets height, leaf length and number, number of bulblets, number of roots and fresh weight, as well as biochemical parameters such as proline, soluble carbohydrates, phenol, flavonoid, anthocyanin, chlorophyll and carotenoid were measured and evaluated separately in each of the treatments.
Results: In the present study, among the three species of lily, only L. regale produced leaves. The results showed that the plantlet height, number and length of leaf, number of bulblet and number of root and fresh weight of plantlet decreased with increasing drought stress. The highest number of bulblet was obtained from L. ledebourii, the highest number of root was obtained from L. regale and the highest fresh weight was obtained from L. tsingtauense samples. The highest amount of phenol and carotenoid was obtained from L. regale and the highest amount of proline was obtained from L. ledebourii, while L. tsingtauense had more flavonoid, anthocyanin and chlorophyll than other species. According to the results, the levels of proline, flavonoids and anthocyanin had a positive correlation with drought stress, but the highest amount of soluble carbohydrates and phenol from the treatment of 10 g/l PEG and the highest amount of carotenoid from the concentration of 5 g/l PEG was obtained.
Conclusion: In the present study, drought stress by reducing elongation and cell division and by affecting various physiological, biochemical and hormonal processes reduced the growth indices of lily plantlet species, While the amount of biochemical parameters compared to the control accumulated under drought stress conditions. Increasing proline, soluble carbohydrates and secondary metabolites, in addition to increasing crop yield, is a mechanism of drought tolerance and is an indicator for assessing plant resistance to drought stress.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lily
  • Drought Stress
  • Polyethyleneglycol
  • Proline

مراجع

1.Azad, P. and Khosh-Khui, M. 2007. Micropropagation of Lilium Ledebourii bioss. as affected by plant growth regulator, sucrose concentration, harvesting season and cold treatments. J. Biotech. 10: 4. 583-591.
2.Walpola, B.C. and Arunakumara, K.K. 2017. Effect of salt stress on decomposition of organic matter and nitrogen mineralization in animal manure amended soils. Agric. Sci. J. 5: 1. 9-18.
3.Khan, A.S., Ul-Allah, S. and Sadique, S. 2010. Genetic variability and correlation among seedling traits of wheat (Triticum sativum) under water stress. Agric. Biol. J. 12: 2. 247-250.
4.Amobeigi, M. and Razavizadeh, R. 2013. Effects of drought stress and PBA on flavnoid accumulation and minerals in Brassica napus. J. Plant Echophysiol. 8: 31. 12-22. (In Persian)
5.Kusano, T., Berberich, T., Tateda, C. and Takahashi, Y. 2008. Polyamines: essential localizations of anthocyanin in arabidopsis. Plant Signal Behavior J. 10: e1027850.
6.Dami, I. and Hughes, H. 1995. Leaf anatomy and water loss of In-vitro Polyethylene Glycol treated of ‘Valiant’ Grape. Plant Cell. Tiss. Org. Cult. J. 42: 2. 179-184.
7.Georgieva, M.D., Djilianov, D., Konstantinova T. and Parvanova, D. 2004. Screening of bulgarian raspberry cultivars and elites for osmotic tolerance in-vitro. Biotech. Equip. J. 18: 2. 95-98.
8.Naveed, M.S., Manzoor, A., Javed, A. and Tariq, M.A. 2019. In-vitro screening of different tomato genotypes against peg induced water stress. World J. Biol. Biotech. 4: 15-19.
9.Raj, R.N., Gokulakrishnan, J. and Prakash, M. 2020. Assessing drought tolerance using PEG-6000 and molecular screening by SSR markers in maize (Zea mays L.) hybrids. Maydica. 64: 7.
10.Kaur, A. and Sarlach, R.S. 2020. Leaf area, relative water content and stay-green habit of iranian landraces (Triticum aestivum L.) under water stress in field conditions. Adv. Res. 21: 1-13.
11.Li, W., Wang, Y. and Zhang, Y. 2020. Impacts of drought stress on the morphology, physiology, and sugar content of Lanzhou lily (Lilium davidii var. unicolor). Acta. Physiol. Plant. 42: 127p.
12.Turan, T.O. and Ekmekci, Y. 2009. Effect of water deficit induced by PEG and NaCl on chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars and lines at early seedling stages. GaziUniv. J. Sci. 22: 1. 5-14.
13.Bates, L., Waldren, P.P. and Teare, J.D. 1973. Rapid determination of the free proline of water stress studies. Plant Soil J. 39: 201-205.
14.Slinkard, K. and Singleton, V.L. 1997. Total phenol analysis: automation and comparison with manual methods. American Soc. Enology Viticult. J. 28: 49-55.
15.Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D. and Basra, S.M.A. 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and management, Argon. Sustain J. Dev. 29: 185-212.
16.Jaleel, C.A., Manivannan, P., Lakshmanan, G.M.A., Gomathinayagam, M. and Panneerselvam, R. 2008. Alterations in morphological parameters and photosynthetic pigment responses of Catharanthus roseus under soil water deficits. Colloids surfaces B. Biointerfaces J. 61: 298-303.
17.Irrigoyen, J.H., Emerich, D.W. and Sanchez Diaz, M. 1992. Water stress induced changes in concentration of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa plant. Phys. Plantarum J. 84: 55-66.
18.Burnett, S., Thomas, P. and Van Iersel, M. 2005. Post germination drenches with Polyethylene Glycol 8000 reduce growth of salvia and marigolds. Hort. Sci. J. 40: 675-679.
19.Rani Roy, M., Rais Uddin Rashed, M.D. and Sharmin Mitu, A. 2017. Screening and diversity of drought tolerance genotypes in-vitro in tomato. Agric. Res. Tech. J. 4: 2.1-6.
20.Abdolrahman, R.A., Gaber, Hanan, A.M.M., AL-Sayed, M.A. and Smetanska, I. 2012. Effect of drought and salinity stress on total phenolic, flavonoids and flavanols contents and antioxidant activity in-vitro sprout cultures of garden cress (Lepidium sativum). Applied Sci. Res. J. 8: 8. 3934-3942.
21.Hernandez-Perez, C.A., Gomez-Merino, F.C., Spinoso-Castillo, J.L. and Bello-Bello, J.J. 2021. In-vitro Screening of Sugarcane Cultivars (Saccharum spp. Hybrids) for Tolerance to Polyethylene Glycol-Induced Water Stress. Agronomy. 11: 598.
22.Bhatt, R.M. and Srinivasa Rao, N.K. 2005. Influence of pod load on response of okra to water stress. Indian J. Plant Phys. 10: 1. 54-59.
23.Colom, M.R. and Vazzana, C. 2003. Photosynthesis and PSII functionality of drought resistant and drought sensitive weeping love grass plants. Environ. Exp. Bot. 49: 135-144.
24.Jangpromma, N., Kitthaisong, S., Lomthaisong, K., Daduang, S., Jaisil, P. and Thammasirirak, S. 2010. A proteomics analysis of drought stress responsive proteins as biomarker for drought tolerant sugarcane cultivars. American J. Biochem. Biotech. 6: 2.89-102.
25.Nasir Khan, M., Siddiqui, M.H., Mohammad, F., Masroor, M., Khan, A. and Naeem, M. 2007. Salinity induced changes in growth, enzyme activities, photosynthesis. Proline accumulation and yield in linseed genotype. Agric. Sci. J. 3: 685-695.
26.Ghorbanli, M., Bakhshi Khaniki, G.R., Salimi Elizei, S. and Hedayati, M. 2010. Effect of water deficit and its interaction with ascorbate on proline, soluble sugars, catalase and glutathione peroxidase amounts in (Nigella sativa L.). Med. Aromatic Plants J. 26: 465-476.
27.Heidari-Sharifabad, H. 2001. Plants, aridity and drought research. Inst. Forest. Rang. Press J. 200p.
28.Razavizadeh, R., Shafghat, M. and Najafi, Sh. 2014. The effect of water shortage stress on morphological and physiological characteristics of Carum copticum. J. Plant Bio. Iran. 6: 22. 25-38. (In Persian)
29.Mamnoei, E. and Seyyed Sharifi, R. 2010. Study the effects of deficit on chlorophyll fluorescence indices and the amount of proline in six barely genotypes and its relation with canopy temperature and yield. Plant Biol. J. 2: 5. 51-62.
30.Aliabadi, F.H., Lebaschi, M.H., Shiranirad, A.H., Valadabadi, A.R. and Daneshian, J. 2008. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi, different levels of phosphorus and drought stress on water use efficiency, relative water content and proline accumulation rate of coriander (Coriandrum sativum L.). Med. Plant Res. J. 2: 6. 125-131.
31.Arndt, S.K.K., Clifford, S.C., Wanek, W., Jones, H.G. and Popp, M. 2001. Physiological and morphological adaptations of the fruit tree ziziphus rotundifolia in response to progressive drought stress. Tree Phys. J. 21: 705-715.
32.Serraj, R. and Sinclair, T.R. 2002. Osmolyte accumulation: can it really help increase crop yield under drought conditions. Plant cell Environ. J. 25: 333-341.
33.Aran, M., Abedi, B., Tehranifar, A. and Parsa, M. 2017. Effect of drought stress on morphological and physiological traits of grape. Hort. Sci. J. 31: 2. 315-326.
34.Bano, A., Ullah, F. and Nosheen, A. 2012. Role of absicisic acid and drought stress on the activities of antioxidant enzymes in wheat. Plant Soil Environ. J. 58: 4. 181-185.
35.Dehghani Bidgoli, R. 2018. The effect of drought and salinity stresses on some secondary metabolites of Rosmarinus officinalis. J. Plant Ecophys. App. Res. 5: 1. 27-51. (In Persian)
36.Anjum, N.A., Arena, C. and Singhgill, S. 2014. Reactive oxygen species (ROS) and response of antioxidants as ROS scavengers during environmental stress in plant. Frontiers in Environ. Sci. 2: 1-13.
37.Fabriki Orang, S. and Davudnia, B. 2019. Investigation of changes in growth traits and secondary metabolites in medicinal plant of Thymus vulgaris L. under mild salinity and drought stress. J. Med. Plant Ecophyt. 22: 2. 27-40.
(In Persian)
38.Farah, S., Hosseinian, A., Wende Li, A. and Trust, B. 2008. Measurement of anthocyanin’s and other phytochemicals in purple wheat. Food Chem. 109: 916-924.
39.Bolat, I., Dikilitas, M., Ercisli, S., Ikinci, A. and Tonkaz, A.T. 2014. The effect of water stress on some morphological physiological, and biochemical characteristics and bud success on apple and quince rootstocks. The Scientific World J. pp. 1-9.
40.Epstein, E. 1994. The anomaly of silicon in plant biology. Proceedings of the National Academy Sci. 91: 11-17.
41.Fu, J. and Huang, B. 2001. Involvement of antioxidants and lipid peroxidation in the adaptation of two cool-season grasses to localized drought stress. Environ. Exp. Bot. J. 45: 2. 105-114.
42.Ilektra, S. and Michael, M. 2012. Interaction of proline, sugars and anthocyanin’s during photosynthetic acclimation of Arabidopsis thaliana to drought stress. Plant Phys. 169: 577-585.
43.Tohidi, Z. 2015. The effect of drought stress on physiological characteristics of plants. Malaysia international conference on research in science and technology. pp. 1-7.
44.Setayeshmehr, Z. 2012. Effect of drought stress on growth rate, proline content and photosynthetic pigments of Antheum graveolens. The first national conference of biotechnology students of Golestan Univ. Gorgan, Iran.
45.Ashraf, M. and Farooq, M. 2005. Pre-Sowing seed treatment a shotgun approach to improve germination, plant growth and crop yield under saline and non-saline conditions. Advance Agronomy. J. 88: 223-271.
46.Kramer, P.J. 1980. Drought stress, and the origins of adaptations. Adaptation of plants to water and high temperature stress. New York, Wiley. pp. 7-22.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 30، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 49-65

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار