پایش تاثیر علف‏کش‏های بنتازون ، بتانال پروگرس و نیکوسولفورن بر تغییرات منحنی کاتسکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، دانشیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، گنبدکاووس، ایران

2 دانشیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، گنبدکاووس، ایران.

3 استاد گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه گنبدکاووس، گنبدکاووس، ایران

چکیده

سابقه و هدف: : در گیاهان بخش زیادی از نور توسط فتوسنتز مصرف می شود و بقیه آن به صورت گرما یا فلورسانس تخلیه می شود هر چه فرایند فتوشیمیایی گیاه بیشتر باشد، مقدار فلورسانس کمتر است. به همین دلیل، فلورسانس کلروفیل به عنوان کاوشگر داخلی فتوسنتز عمل می‏کند و در واقع روشی رایج در فیزیولوژی گیاهی است. این پژوهش با هدف بررسی این که آیا تغییرات شکل منحنی کاتسکی تحت تاثیر علف‏کش‏های نیکوسولفورون، بتانال‏پروگرس و بنتازون، توانایی اثبات محل اثر آنها را دارد؛ انجام شد.

مواد و روش‏ها: این آزمایش با 8 تکرار بر پایه طرح کاملا تصادفی در سال 1402 در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه گنبد کاووس انجام شد. تیمارها شامل دز توصیه شده علف‏کش‌های بنتازون (بازاگران 48% SL)، دسمدیفام+فن‏مدیفام+اتوفومازیت (بتانال‏پروگرس 4/27% EC) به اضافه تیمار بدون علف‎‎کش به‌عنوان شاهد بود. در مورد نیکوسولفورن (کروز 4% OD) دز 150% دز توصیه شده نیز اضافه شد. کاربرد علف‎‎کش‏ها در مرحله 4 تا 5 برگی تاج‌خروس و برداشت بوته‏های تیمار شده 28 روز پس از سم‎پاشی انجام و وزن خشک آن‎ها‎‎‎ اندازه‎گیری شد. دستگاه فلورسانس‎متر با تابش نوری (طول موج 650 نانومتر و شدت 3000 میکرومول فوتون در متر مربع در ثانیه) در مدت 10 ثانیه، مقدار فلورسانس کلروفیل را کمی می‏کند. این اندازه‏گیری‏ها از روز اول تا روز دهم پس از سم‎پاشی انجام شد. جهت یکنواختی نتایج فلورسانس، داده‏های فلورسانس هر روز در ساعت مشخصی از روز (10 صبح) و بر روی برگ یکسانی که به مدت 30 دقیقه در تاریکی قرار گرفته بودند؛ انجام شد.

یافته‏ها: منحنی کاتسکی در تیمار شاهد، تمام مراحل یک منحنی نرمال کاتسکی را دارا بود اما در تیمارهای سمپاشی شده با بنتازون از همان روز اول پس از سمپاشی، شروع به تغییر کرد و این تغییرات در روزهای بعدی واضح تر شد به طوری‏که در روز چهارم و پنجم پس از سمپاشی تمام پله‏ها‏ی آن از بین رفت و تبدیل به خط صاف شد و مقدار فلورسانس نیز در این تیمارها کاهش یافت. نیکوسولفورون تاثیری بر شکل منحنی کاتسکی نداشت. در تیمارهایی که از بتانال‏پروگرس استفاده شد شکل استاندارد منحنی دچار اختلال شد و پله‏های آن از بین رفت. نکته دیگر در استفاده از بتانال‏پروگرس، افزایش مقدار فلورسانس کلروفیل است که سبب کاهش مساحت بالای منحنی کاتسکی بین فلورسانس حداقل (F0) تا نقطه حداکثر فلورسانس (Fm) که به پارامتر Area معروف است شد.

نتیجه‏گیری: ممانعت از فتوسیستم II محل اثر اولیه دو علف‏کش بنتازون و بتانال‏پروگرس است که به صورت واضح حتی نوع پروتئین‏های دخیل هم از شکل منحنی‏های مربوطه حاصل شد. از بین رفتن تمام پله‏های منحنی کاتسکی در بنتازون نشان داد که همه بخش‏های مربوط به احیاء کوئینون A و مسیر پروتئینی انتقال الکترون‏ها بین کوئینون A و B مختل شده است. در علف‏کش بتانال‏پروگرس افزایش چشمگیر فلورسانس کلروفیل به همراه محو شدن برخی از پله های منحنی شامل J-I و I-P، سبب کاهش مقدار پارامتر Area شد که بیان‏گر تخریب استخر پلاستوکوئینون می‏باشند. درحالی‏که در مورد نیکوسولفورن منحنی کاتسکی توانایی ارائه شواهد مربوط به آسیب این علف‏کش را نداشت. در پایان می‏توان نتیجه‏گیری کرد که منحنی کاتسکی برای تشخیص زودهنگام اثرات علف‏کش‏های بازدارنده PSII و تعیین محل اثر آنها شاخص خوبی است اما در مورد علف‏کش‏های خانواده سولفونیل‏اوره مانند نیکوسولفورن کارایی ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Monitoring the effects of bentazon, betanal progress and nicosulfuron herbicides on Kautsky curve changes

نویسندگان [English]

  • Ziba Avarseji 1
  • Ebrahim Gholamalipour Alamdari 2
  • Abbas Biabani 3
1 Corresponding Author, Associate Prof., Dept. of Plant Production, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Gonbad Kavous, Gonbad Kavous, Iran
2 Associate Prof., Dept. of Plant Production, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Gonbad Kavous, Gonbad Kavous, Iran
3 Professor, Dept. of Plant Production, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Gonbad Kavous, Gonbad Kavous, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: A large part of the light is consumed by photosynthesis, and the rest is discharged as heat or fluorescence in plants. The more the plant's photochemical process, the lower the amount of fluorescence. For this reason, chlorophyll fluorescence acts as an internal probe of photosynthesis and is actually a common method in plant physiology. This research aims to investigate whether the changes in the shape of the kautsky curve affected by nicosulfuron, bethanal progress and bentazon herbicides have the ability to prove their site of action.

Materials and methods: This experiment was conducted based on a completely randomized design with 8 replications in 2023 in the Research Greenhouse of the Faculty of Agriculture of Gonbad Kavous University. The treatments included applying the recommended dose of bentazon (Bazagran 48% SL), desmedipham + phenmedipham + ethofumesate (bethanal progress 27.4% EC) in addition to the treatment without herbicide as a control. In the case of nicosulfuron (Cruz 4% OD), a dose of 150% of the recommended dose was also added. Herbicides were applied at the 4-5 leaf stage of Amaranthus retroflexus and the plants were harvested 28 days after spraying (DAS) and their dry weight was measured. Fluorescence meter that emits light with a wavelength of 650 nm and an intensity of 3000 μmol photons per square meter per second measured chlorophyll fluorescence for 10 seconds, from dark adapted leaves for 30 minutes each day at 10:00 a.m.

Results: results showed that the control Kautsky curve had all the stages of a normal Kautsky curve, but in the bentazon treatments, it started to change from the first DAS, and these changes became more obvious in the following days, so that on the fourth and fifth DAS, all its steps disappeared and became a straight line, and the amount of fluorescence also decreased. Nicosulfuron, had no effect on the shape of the Kautsky curve. for betanal progress, the standard form of the curve was disturbed and its steps were lost. Another point is the increase in the amount of chlorophyll fluorescence, which caused a decrease in the upper area of the kautsky curve between the minimum fluorescence (F0) and the maximum point of fluorescence (Fm), known as the Area parameter.

Discussion: Inhibition of photosystem II is the primary effect of two herbicides, bentazon and betanal progress, which was clearly obtained from the shape of the corresponding curves, even the type of proteins involved.

The disappearance of all the steps of the Kautsky curve in bentazon showed that all parts related to the reduction of quinone A and the protein pathway of electron transfer between quinone A and B were disturbed. In the betanal progress, the significant increase in chlorophyll fluorescence along with the fading of some curve steps, including J-I and I-P, caused a decrease in the value of the Area parameter, which indicates the destruction of the plastoquinone pool. While in nicosulfuron, Kautsky's curve was not able to provide enough evidence. The Katsky curve was a good indicator for early detection of the effects of PSII-inhibiting herbicides and determining their site of action, but it is not for nicosulfuron.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photosystem II
  • plastoquinone pool
  • sulfonylurea
  • benzothiadiazinone

مراجع

1.Moustaka, J., & Moustakas, M. (2023). Early-stage detection of biotic and abiotic stress on plants by chlorophyll fluorescence imaging analysis. Biosensors, 13 (8), 796.
2.Markulj Kulundžić, A., Sudarić, A., Matoša Kočar, M., Duvnjak, T., Liović, I., Mijić, A., Varga, I., & Viljevac Vuletić, M. (2024). Detailed insight into the behaviour of chlorophyll a fluorescence transient curves and parameters during different times of dark adaptation in sunflower leaves. Agronomy, 14 (5), 954.
3.Hassannejad, S., Lotfi, R., Ghafarbi, S. P., Oukarroum, A., Abbasi, A., Kalaji, H. M., & Rastogi, A. (2020). Early identification of herbicide modes of action by the use of chlorophyll fluorescence measurements. Plants, 9 (4), 529.
4.Tranel, P. J., & Wright, T. R. (2002). Resistance of weeds to ALS-inhibiting herbicides: what have we learned?. Weed science, 50 (6), 700-712.
5.Ali, L., Jo, H., Song, J. T., & Lee, J. D. (2020). The prospect of bentazone-tolerant soybean for conventional cultivation. Agronomy, 10 (11), 1650.
6.Roberts, A. G., Gregor, W., Britt, R. D., & Kramer, D. M. (2003). Acceptor and donor-side interactions of phenolic inhibitors in photosystem II. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics, 1604 (1), 23-32.
7.Fayez, K. A. (2000). Action of photosynthetic diuron herbicide on cell organelles and biochemical constituents of the leaves of two soybean cultivars. Pesticide Biochemistry and Physiology, 66 (2), 105-115.
8.Fufezan, C., Rutherford, A. W., & Krieger- Liszkay, A. (2002). Singlet oxygen production in herbicide- treated photosystem II. FEBS letters, 532 (3), 407-410.
9.Rutherford, A. W., & Krieger-Liszkay, A. (2001). Herbicide-induced oxidative stress in photosystem II. Trends in biochemical sciences, 26 (11), 648-653.
10.Abulnaja, K. O., Tighe, C. R., & Harwood, J. L. (1992). Inhibition of fatty acid elongation provides a basis for the action of the herbicide, ethofumesate, on surface wax formation. Phytochemistry, 31 (4), 1155-1159.
11.Abbaspoor, M., Teicher, H. B., & Streibig, J. C. (2006). The effect of root‐absorbed PSII inhibitors on Kautsky curve parameters in sugar beet. Weed Research, 46 (3), 226-235.
12.Zhang, C. J., Lim, S. H., Kim, J. W., Nah, G., Fischer, A., & Kim, D. S. (2016). Leaf chlorophyll fluorescence discriminates herbicide resistance in Echinochloa species. Weed Research, 56 (6), 424-433.
13.Søbye, K. W., Streibig, J. C., & Cedergreen, N. (2011). Prediction of joint herbicide action by biomass and chlorophyll a fluorescence. Weed Research, 51 (1), 23-32.
14.Avarseji, Z., Rashed Mohassel, M. H., Nezami, A., Abaspoor, M., & Nasiri Mahallati, M. (2015). The effect of clodinafop on chlorophyll fluorescence parameters and Kautsky curve of wild oat (Avena ludoviciana). Journal of Plant Protection, 29 (1), 32-42.
15.Kaiser, Y. I., Menegat, A., & Gerhards, R. (2013). Chlorophyll fluorescence imaging: a new method for rapid detection of herbicide resistance in A lopecurus myosuroides. Weed Research, 53 (6), 399-406.
16.Abbaspoor, M., & Streibig, J. C. (2007). Monitoring the efficacy and metabolism of phenylcarbamates in sugar beet and black nightshade by chlorophyll fluorescence parameters. Pest Management Science: formerly Pesticide Science, 63 (6), 576-585.
17.Park, B., Wi, S., Chung, H., & Lee, H. (2024). Chlorophyll fluorescence imaging for environmental stress diagnosis in crops. Sensors, 24 (5), 1442.
18.Stirbet, A. (2011). On the relation between the Kautsky effect (chlorophyll a fluorescence induction) and photosystem II: basics and applications of the OJIP fluorescence transient. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 104 (1-2), 236-257.
19.Cobb A. H., & Reade J. P. H. (2011). Herbicides and Plant Physiology. Wiley-Blackwell; 2nd edition. United Kingdom, West Sussex.
20.Battaglino, B., Grinzato, A., & Pagliano, C. (2021). Binding properties of photosynthetic herbicides with the QB site of the D1 protein in plant photosystem II: a combined functional and molecular docking study. Plants, 10 (8), 1501.
21.Hiraki, M., van Rensen, J. J., Vredenberg, W. J., & Wakabayashi, K. (2003). Characterization of the alterations of the chlorophyll a fluorescence induction curve after addition of photosystem II inhibiting herbicides. Photosynthesis research, 78, 35-46.
22.Rea, G., Polticelli, F., Antonacci, A., Scognamiglio, V., Katiyar, P., Kulkarni, S. A., & Giardi, M. T. (2009). Structure‐based design of novel Chlamydomonas reinhardtii D1‐D2 photosynthetic proteins for herbicide monitoring. Protein Science, 18 (10), 2139-2151.
23.Takano, H. K., Benko, Z. L., Zielinski, M. M., Hamza, A., Kalnmals, C. A., Roth, J. J., Bravo-Altamirano, K., Siddall, T., Satchivi, N., Church, J. B., & Riar, D. S. (2023). Discovery and Mode-of-Action Characterization of a New Class of Acetolactate Synthase-Inhibiting Herbicides. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 71 (47), 18227-18238.
24.Aguiar, A. S., Costa, R. F., Borges, L. L., Dias, L. D., Camargo, A. J., & Napolitano, H. B. (2023). Molecular basis of two pyrimidine-sulfonylurea herbicides: from supramolecular arrangement to acetolactate synthase inhibition. Journal of Molecular Modeling, 29 (8), 241.
25.Zhao, X., Xie, Q., Song, B., Riaz, M., Lal, M. K., Wang, L., Lin, X., & Huo, J. (2024). Research on phytotoxicity assessment and photosynthetic characteristics of nicosulfuron residues on Beta vulgaris L. Journal of Environmental Management, 353, 120159.
26.Zhou, Q., Liu, W., Zhang, Y., & Liu, K. K. (2007). Action mechanisms of acetolactate synthase-inhibiting herbicides. Pesticide Biochemistry and Physiology, 89 (2), 89-96.
27.Avarseji, Z., & Mohammadvand, E. (2018). Studying the effect of mesosulfuron methyl+ iodosulfuron methyl on chlorophyll fluorescence parameters of Phalaris minor. Plant Productions, 41 (3), 63-72.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 32، شماره 1
فروردین 1404
صفحه 63-76

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار