ارزیابی لاین‌های ذرت و هیبریدهای حاصل از تلاقی آن‌ها براساس صفات بیوشیمیایی و فیزیولوژیک در شرایط تنش آبیاری محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه بیوتکنولوژی، پژوهشکده علوم محیطی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته،

چکیده

مقدمه: تنش کم آبی یکی از رایج‌ترین تنش‌های محیطی است که موجب محدود شدن تولیدات کشاورزی شده است. بنابراین، انجام تحقیقات پیرامون بررسی تحمل کم آبی در گیاهان زراعی، دارای اهمیت بالایی است.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه 15 ژنوتیپ ذرت (پنج والد و 10 هیبرید حاصل از تلاقی آن‌ها) در دو آزمایش جداگانه شامل شرایط نرمال (دور آبیاری پنج روز) و کم آبی (دور آبیاری هشت روز) در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با دو تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان در سال 1396 مورد ارزیابی قرار گرفتند. صفات مقادیر کلروفیل‌های a و b، پرولین، پروتین و قندهای احیاکننده در دو شرایط نرمال و کم آبی اندازه‎گیری شدند.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس مرکب برای تمامی صفات مورد مطالعه، اختلاف معنی‌داری را در سطح احتمال یک درصد بین ژنوتیپ‌ها (والدین و هیبریدها) و همچنین بین دو سطح آبیاری نشان داد. اثر متقابل ژنوتیپ ×تنش برای تمامی صفات معنی‌دار بود و بدین معنی است که ژنوتیپ‌ها واکنش‌های متفاوتی تحت تنش کم آبی نشان داده‌اند. تنش کم آبی باعث کاهش معنی‌دار کلروفیل‌های a و b و کارتنوئید، قندهای احیاکننده و پروتین و افزایش میزان پرولین گردید. بیشترین میزان کارتنوئید مربوط به ژنوتیپ 8 (80/1 میلی‎گرم بر گرم وزن تر) تحت شرایط نرمال بود و در شرایط تنش کم آبی، بیشترین میزان کارتنوئید مربوط به ژنوتیپ 3 (96/2 میلی‎گرم بر گرم وزن تر) بود. نتایج به دست آمده از مقایسه میانگین‌ها نشان داد که میزان پروتئین تحت تأًثیر سطوح مختلف تنش کم آبی قرار گرفته است که بیشترین میزان پروتئین در شرایط نرمال مربوط به ژنوتیپ 5 (00668/0 میلی‎گرم بر گرم وزن تر) بود و در شرایط تنش همان ژنوتیپ (ژنوتیپ 5) بیشترین مقدار (0070/0 میلی‎گرم بر گرم وزن تر) را داشت. گروه‌بندی لاین‌ها و هیبریدها در شرایط تنش کم آبی با روش وارد انجام شد و ضریب کوفنتیک این روش برابر با 77/0 بود و ژنوتیپ‌ها را در سه گروه قرار داد. همچنین بر اساس میانگین صفات، گروه‌بندی ژنوتیپ‌های ذرت با روش UPGMA و ضریب کوفنتیک برابر با 72/0، توانست ژنوتیپ‌ها را در دو گروه قرار دهد.
نتیجه‌گیری: عدم تحمل ژنوتیپ‌های ذرت نسبت به تنش کم آبی می‌تواند به دلیل تخریب کلروفیل، کاهش قندهای احیا‌کننده و پروتئین و همچنین افزایش ناکافی میزان پرولین صورت گرفته باشد که این تغییرات بیوشیمیایی، باعث ایجاد حساسیت ژنوتیپ‌های ذرت به تنش کم آبی شده است. همچنین ژنوتیپ‌های 4، 5، 9 و 11 می‌توانند به دلیل تحمل بیشتر کم آبی در برنامه‌های به‌نژادی آینده مورد بررسی بیشتر قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of corn lines and hybrids resulting from their crossing based on biochemical and physiological traits in conditions of limited irrigation stress

نویسنده [English]

  • Mehdi Rahimi
Department of Biotechnology, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده [English]

Introduction:
Water deficit stress is one of the most common environmental stresses which has limited agricultural production. So, research on the water deficit tolerance in crops is very important.
Materials and methods: In this study, 15 corn genotypes (five parents and 10 hybrids resulting from their crossing) were evaluated in two separate experiments including normal conditions (irrigation cycle of 5 days) and water deficit (irrigation cycle of 8 days) based on randomized complete blocks design with two replications in the Research Farm of Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran during 2017. The chlorophylls a and b, proline, protein, and reducing sugars traits were estimated in normal and water deficit conditions.
Results: The results of combined variance analysis showed a significant difference at the probability level of 1% for all the studied traits between genotypes (parents and hybrids) and also between two stress conditions. The interaction effect of genotype×stress was significant for all traits, which means that genotypes have shown different reactions under water deficit stress. The water deficit stress caused a significant decrease in chlorophylls a and b, carotenoids, reducing sugars and protein, and an increase in the amount of proline. The highest amount of carotenoids was related to genotype 8 (1.80 mg/gfw) under normal conditions, and the highest amount of carotenoids was related to genotype 3 (2.96 mg/gfw) under water deficit conditions. The mean comparison results showed that the amount of protein was affected by water deficit stress, that the highest amount of protein in normal conditions was related to Genotype 5 (0.00668 mg/gfw) and the water deficit conditions, the same genotype (Genotype 5) also had the highest value (0.0070 mg/gfw). The grouping of genotypes under water deficit conditions was performed by Ward's method, and the cophenetic coefficient of this method was equal to 0.77 and categorized the genotypes into three groups. Also, based on the average traits, the grouping of corn genotypes by the UPGMA method and Cophentic coefficient equal to 0.72 was able to place the genotypes in two groups.
Conclusion: The intolerance of corn genotypes to water deficit stress can be due to the destruction of chlorophyll, the reduction of reducing sugars and protein, as well as the insufficient increase of proline, and these biochemical changes have caused the sensitivity of corn genotypes to water deficit. Also, genotypes 4, 5, 9, and 11 could be investigated in future breeding programs due to their greater water deficit tolerance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • corn line
  • hybrids
  • drought stress
  • carotenoid
  • proline
  • reducing sugars

مراجع

Bates, L., Waldren, R., & Teare, I. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil, 39, 205-207.
Boyer, J.S. 1995. Biochemical and biophysical aspects of water deficits and the predisposition to disease. Annual Review of Phytopathology, 33, 251-274.
Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72, 248-254.
Egert, M., & Tevini, M. 2002. Influence of drought on some physiological parameters symptomatic for oxidative stress in leaves of chives (Allium schoenoprasum). Environmental and Experimental Botany, 48, 43-49.
Flint-Garcia, S.A., Buckler, E.S., Tiffin, P., Ersoz, E., & Springer, N.M. 2009. Heterosis is prevalent for multiple traits in diverse maize germplasm. PloS one, 4, e7433.
Hammer, Ø., Harper, D., & Ryan, P. 2001. PAST: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica, 4, e4.
Imam, E. 2004. Grain Farming. Publications of Shiraz University, Shiraz, Iran. [In Persian].
Iqbal, J., Shinwari, Z.K., & Rabbani, M.A. 2015a. Maize (Zea mays L.) germplasm agro-morphological characterization based on descriptive, cluster and principal component analysis. Pakistan Journal of Botany, 47, 255-264.
Iqbal, J., Shinwari, Z.K., Rabbani, M.A., & Khan, S.A. 2015b. Genetic divergence in maize (Zea mays L.) germplasm using quantitative and qualitative traits. Pakistan Journal of Botany, 47, 227-238.
Johari-Pireivatlou, M. 2010. Effect of soil water stress on yield and proline content of four wheat lines. African Journal of Biotechnology, 9, 36-40.
Kafi, M.A., & Mahdavi Damghani, M. 2003. Mechanisms of Environmental Stress Resistance in Plants. Ferdwsi University of Mashhad Press, Iran. [In Persian].
Keshavarznia, R., Nargesi, B., & Abasi, A. 2013. The study of genetic variation of bean (Phaseolus vulgaris L.) based on morphological traits under normal and stress conditions. Iranian Journal of Field Crop Science, 44, 305-315 [In Persian].
Kokab, S., Hatami Maleki, H., Alizadeh, K., & Rahimi, M. 2016. Evaluation of genotypic variation of sunflower inbred lines for agronomic traits under cold rainfed conditions using multiple factor analyses. Iranian Dryland Agronomy Journal, 5, 157-169 [In Persian].
Koochaki, A.H., & Alizadeh, A. 1986. The principles of agriculture in arid regions. (Translation). Astan Quds Razavi publications, Mashhad, Iran. [In Persian].
Kramer, P.J. 1969. Plant and soil water relationships: A modern synthesis. Mc Grow-Hill Book Co New York.
Kumar, A., Kumari, J., Rana, J., Chaudhary, D., Kumar, R., Singh, H., Singh, T., & Dutta, M. 2015. Diversity among maize landraces in North West Himalayan region of India assessed by agro-morphological and quality traits. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding, 75, 188-195.
Lawlor, D.W. 2002. Limitation to photosynthesis in water‐stressed leaves: stomata vs. metabolism and the role of ATP. Annals of Botany, 89, 871-885.
Majnon Hoseini, N. 2007. Common Bean Planting and Production. Tehran Jahad e Daneshgahi Press, Tehran, Iran. [In Persian].
Maralian, H., Ebadi, A., & Haji-Eghrari, B. 2010. Influence of water deficit stress on wheat grain yield and proline accumulation rate. African Journal of Agricultural Research, 5, 286-289.
Mohammadi, D. 2013. Antioxidant activity and morphometric black bean genotypes in normal conditions and water stress. Ilam University, Ilam, Iran. 131p.
Nasrollahzade Asl, V., Shiri, M.R., Moharramnejad, S., Yusefi, M., & Baghbani, F. 2017. Effect of drought tension on agronomy and biochemical traits of three maize hybrids (Zea mays L.). Crop Physiology Journal, 8, 45-60 [In Persian].
Ragh Ara, H., & Moosavi, S.G.R. 2018. Effect of water deficit stress and application of humic and salicylic acid on physiological traits, yield and yield components of corn. Journal of Iranian Plant Ecophysiological Research, 13, 88-101 [In Persian].
Saed-Moucheshi, A., Fasihfar, E., Hasheminasab, H., Rahmani, A., & Ahmadi, A. 2013. A review on applied multivariate statistical techniques in agriculture and plant science. International Journal of Agronomy and Plant Production, 4, 127-141.
Sas-Institute-Inc. 2014. Base SAS 9.4 Procedures Guide: Statistical Procedures, Third Edition. SAS Institute Inc., Cary, NC, USA.
Shakeel, A.A., Xiao-Yu, X., Long-Chang, W., Muhammad, F.S., Chen, M., & Wang, L. 2011. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research, 6, 2026-2032.
Smallwood, M., Calvert, C., & Bowles, D. 1999. Plant responses to environmental stress. BIOS Scientific Pub, Oxford UK.
Somogyi, M. 1952. Notes on sugar determination. Journal of Biological Chemistry, 195, 19-23.
Sudhakar, P., Latha, P., & Reddy, P. 2016. Phenotyping crop plants for physiological and biochemical traits. Academic Press.
Yusefi, M., Nasrollahzade Asl, V., & Moharramnejad, S. 2017. Grain yield, chlorophyll content, osmolyte accumulation, total phenolics and catalase activity in maize (Zea mays L.) under drought stress. Journal of Iranian Plant Ecophysiological Research, 12, 1-14 [In Persian].

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار