عملکرد دانه، اجزای آن و برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک برگ پرچم در رقم‎‌های تجاری گندم در پاسخ به تنش خشکی پس از گرده‌افشانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه ایران.

2 مرکز تحقیقات غلات، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

چکیده

مقدمه: در بین گیاهان زراعی، گندم در رتبه اول سطح زیر کشت در جهان و ایران قرار دارد. تنش خشکی رایج‌ترین تنش محیطی است که سبب کاهش عملکرد دانه در محصولات زراعی می‌گردد. از ویژگی‌های فیزیولوژیک به همراه صفات مربوط به عملکرد دانه و اجزای آن به عنوان شاخص‌هایی جهت ارزیابی رقم‌های گندم در شرایط تنش خشکی استفاده می‌شود. هدف از این آزمایش، مطالعه اجزای عملکرد دانه و برخی خصوصیات فیزیولوژیک برگ پرچم و ارتباط آن‌ها با عملکرد دانه در ارقام تجاری گندم آبی در شرایط تنش خشکی انتهای فصل بود.
مواد و روش‌ها: این آزمایش در دانشگاه رازی اجرا گردید. آزمایش به صورت اسپلیت پلات در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار پیاده شد. دو تیمار رطوبتی (عدم تنش و تنش خشکی پس از گرده‌افشانی) در کرت‌های اصلی و 14 رقم گندم آبی در کرت‌های فرعی قرار گرفتند. صفت‌های مربوط به عملکرد دانه (شامل عملکردهای بیولوژیک، دانه، کاه و شاخص برداشت)، اجزای عملکرد دانه (شامل تعداد سنبله در متر مربع، تعداد دانه در سنبله و وزن هزار دانه) و برخی خصوصیات فیزیولوژیک برگ پرچم (شامل سطح برگ پرچم، کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل و نسبت کلروفیل a/b و محتوای پرولین برگ پرچم)‌ اندازه‌گیری شدند.
یافته‌ها: اثر تنش خشکی بر روی عملکرد بیولوژیک، عملکرد دانه، شاخص برداشت، تعداد دانه در سنبله، وزن هزار دانه، سطح برگ پرچم، نسبت کلروفیل a/b و محتوای پرولین برگ پرچم معنی‌دار بود، اما بر روی عملکرد کاه، تعداد سنبله در متر مربع، کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل کل غیرمعنی‌دار شد. رقم‌های گندم از نظر ویژگی‌های ذکر شده (به غیر از کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل کل) اختلاف معنی‌دار با هم داشتند. خسارت تنش خشکی پس از گرده‌افشانی بر کاهش عملکرد دانه بیشتر از عملکرد کاه بود (41 در مقابل 9 درصد کاهش). در بین اجزای عملکرد دانه، وزن هزار دانه خسارت بیشتری نسبت به تعداد دانه در سنبله (35 در مقابل 11 درصد کاهش) در واکنش به تنش خشکی داشت. تنش خشکی باعث کاهش مقدار کلروفیل‌، اما افزایش نسبت کلروفیل a/b و محتوای پرولین برگ پرچم شد. تجزیه همبستگی نشان داد که در شرایط بدون تنش خشکی، صفت‌های شاخص برداشت و محتوای کلروفیل a در برگ پرچم دارای بالاترین همبستگی مثبت با عملکرد دانه بودند. در حالی که در شرایط تنش خشکی پس از گرده‌افشانی، بالاترین همبستگی مثبت به محتوای پرولین برگ پرچم و وزن هزار دانه تعلق داشت.
نتیجه‌گیری: به نظر می‌رسد که از برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک برگ پرچم (مثل پرولین) به همراه اجزای عملکرد دانه (مثل وزن هزار دانه) بتوان برای ارزیابی رقم‌های گندم آبی به هنگام شرایط تنش خشکی پس از گرده‌افشانی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Grain yield, its components and some physiologic characteristics of flag leaf in commercial wheat cultivars in response to post-anthesis drought stress

نویسندگان [English]

  • Mahmood Hadidi 1
  • Mokhtar Ghobadi 1 2
  • Mohsen Saeidi 1 2
  • Mohammad Eghbal Ghobadi 1 2
1 Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.
2 Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.|Cereal Research Center, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Wheat ranks first among crops regarding cultivated area and production worldwide and in Iran. Drought stress is the most common abiotic stress that decreases the grain yield of crops. Physiologic characteristics with some traits related to grain yield and its components are used as indices to evaluate wheat cultivars under drought stress conditions. This experiment aimed to study the grain yield components and some physiologic characteristics of the flag leaf and their relationship with grain yield in commercial wheat varieties under post-anthesis drought stress conditions.
Materials and methods: This experiment was conducted at Razi University. The experiment was arranged as a split plot basis on a randomized complete block design with three replications. Two moisture treatments (no stress and post-anthesis drought stress) were placed in the main plots and 14 wheat cultivars were considered in the sub-plots. Traits related to grain yield (including biologic, grain and straw yields and harvest index), grain yield components (including number of spikes per square meter, number of grains per spike and 1000-grains weight) and some physiologic characteristics of flag leaf (including flag leaf area, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, chlorophyll a/b ratio and proline content) were measured.
Results: The effect of drought stress on biological yield, grain yield, harvest index, number of grains per spike, 1000-grain weight, flag leaf area, chlorophyll a/b ratio and flag leaf proline content was significant, but on straw yield, number of spikes per square meter, chlorophyll a, chlorophyll b, and total chlorophyll was not significant. Wheat cultivars significantly differed in the mentioned characteristics (except for chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll). The damage of post-anthesis drought stress on the grain yield reduction was more than straw yield (41 vs. 9% reduction). Among the grain yield components, 1000-grain weight had greater damage than the number of grains per spike (35 vs. 11% reduction) in response to drought stress. Drought stress decreased the amount of chlorophyll but increased the chlorophyll a/b ratio and proline content of the flag leaf. Correlation analysis showed that under normal moisture conditions, harvest index and chlorophyll content in flag leaf had the highest positive correlation with grain yield. While, under post-anthesis drought stress conditions, the highest positive correlation belonged to the proline content of flag leaf and 1000-grain weight.
Conclusion: Some physiologic characteristics of flag leaf (such as proline) with grain yield components (such as 1000-grain weight) could be used to evaluate wheat cultivars under post-anthesis drought stress conditions.Keywords: 1000-grain weight, flag leaf area, harvest index, proline.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 1000-grain weight
  • flag leaf area
  • harvest index
  • proline

مراجع

Abdalla, M. M., & El-Khoshiban N. H. 2007. The influence of water stress on growth, relative water content, photosynthetic pigments, some metabolic and hormonal contents of two Triticum aestivum cultivars. Journal of Applied Science Research, 3 (12), 2062-2074.
Arnon, D. I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplast. Poly phenol oxide in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24, 1-15.
Bates. L., Waldren, R. P., & Teare, I. D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil, 39, 205-207.
Blum, A. 2017. Osmotic adjustment is a prime drought stress adaptive engine in support of plant production. Plant, Cell & Environment, 40 (1), 4-10.
Cakir, R. 2044. Effect of water stress at different development stages on vegetative and reproductive growth of corn. Field Crops Research, 89 (1), 1-16. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2004.01.005
Chaudhry, S., & Sidhu, G. P. S. 2022. Climate change regulated abiotic stress mechanisms in plants: A comprehensive review. Plant Cell Reports, 41 (1), 1-31.
Chen, J., Xu, W., Velten, J., Xin, Z., & Stout, J. 2012. Characterization of maize inbred lines for drought and heat tolerance. Journal of Soil and Water Conservation, 67, 354–64.
Daryanto, S., Wang, L., & Jacinthe, P. A. 2016. Global synthesis of drought effects on maize and wheat production. PLoS One, 11:e0156362. doi:10.1371/journal.pone.0156362
Dastfal, M., Brati, V., Navabi, F., & Haghighatnia, H. 2009. Effect of terminal drought stress on grain yield and its components in bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes in dry and warm conditions in south of fars province. Seed and Plant Production, 25 (3), 329-344. [In Persian]
Dong, B., Zheng, Z., Liu, H., Able, J. A., Yang, H., Zhao, H., Zhang, M., Qiao, Y., Wang, Y. &  Liu, M. 2017. Effects of drought stress on pollen sterility, grain yield, abscisic acid and protective enzymes in two winter wheat cultivars. Frontiers in Plant Science, 8: 1008, https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01008
Fang Y. & Xiong, L. 2015. General mechanisms of drought response and their application drought resistance improvement in plants. Cellular and Molecular Life Sciences, 72, 673-689.
Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D., & Basra, S. M. A. 2009. Plant Drought Stress: Effects, Mechanisms and Management. In: Lichtfouse, E., Navarrete, M., Debaeke, P., Véronique, S., Alberola, C. (eds) Sustainable Agriculture. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2666-8-12
Farshadfar, E., Moradi, F., & Mohammadi, R. 2013. Evaluation of bread wheat genotypes for drought torlerance using agro-physiological traits. Iranian Dryland Agronomy Journal, 2 (1), 63-84. [In Persian]
Food and Agriculture Organization. Wheat production in 2020 from pick lists: Crops/World regions/Production quantity. UN Food and Agriculture Organization, Statistics Division, FAOSTAT. 2022. Retrieved 7 March 2022.
Ghosh, U. K., Islam, M. N., Siddiqui, M. N., Cao, X., & Khan, M. A. R. 2022. Proline, a multifaceted signalling molecule in plant responses to abiotic stress: understanding the physiological mechanisms, Plant Biology, 24 (2), 227-239.
Gurumurthy, S., Sarkar, B., Vanaja, M., Lakshmi, J., Yadav, S. K. & Maheswari, M. 2019. Morpho-physiological and biochemical changes in black gram (Vigna mungo L. Hepper) genotypes under drought stress at flowering stage. Acta Physiologiae Plantarum, 41 (3), 42-51.
Igrejas, G., & Branlard, G. 2020. The Importance of wheat. In: Igrejas, G., Ikeda, T., Guzmán, C. (eds) Wheat quality for improving processing and human health. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34163-3_1
Ihuoma, S. O., & Madramootoo, C. A. 2017. Recent advances in crop water stress detection. Computers and Electronics in Agriculture, 141, 267-275. https://doi.org/10.1016/j.compag.2017.07.026
Javed, A., Ahmad, N., Ahmad, J., Hameed, A., Ashrf, M. A., Zafar, S. A., Maqbool, A., Ll-Amrah, H., Alatawi, H.A., Al-Harbi, M.S., & Ali, E.F. 2022. Grain yield, chlorophyll and protein contents of elite wheat genotypes under drought stress. Journal of King Saud University Science, 34 (7), 102279, https://doi.org/10.1016/j.jksus.2022.102279
Khadka, K., Earl, H. J., Raizada, M., & Navabi, A. 2020. A physio-morphological trait-based approach for breeding drought tolerant wheat. Frontiers in Plant Science, 11 (715), 1-26.
Konopatskaia, I., Vavilova, V., Blinov, A., & Goncharov, N. P. 2016. Spike morphology genes in wheat species (Triticum L.). Proceedings of the Latvian Academy of Sciences. Section B, 6 (705), 345-355. DOI: https://doi.org/10.1515/prolas-2016-0053
Malhi, G. S., Kaur, M., & Kaushik, P. 2021. Impact of climate change on agriculture and its mitigation strategies: A review. Sustainability, 13 (3), 1318.
Ministry of Agriculture-Jahad. 2022. Agricultural statistics. First volume: Crops. Tehran. [in Persian]
Mwadzingeni, L., Shimelis, H., Tesfay, S., & Tsilo, T. J. 2016. Screening of bread wheat genotypes for drought tolerance using phenotypic and proline analyses. Frontiers in Plant Science, 7, 1276, doi:10.3389/fpls.2016.01276
Naghavi, M. R., Toorchi, M., Moghadam, M., & Shakiba, M. R. 2015. Evaluation of diversity and traits correlation in spring wheat cultivars under drought stress. Notulae Scientia Biologicae, 7 (3), 349-354. DOI: 10.15835/nsb.7.3.9592
Nikkhah, H. R., Tajali, H., Tabatabaei, S. A., & Taheri, M. 2022. Evaluation of yield stability and drought tolerance of barley genotypes in temperate regions of the Iran. Journal of Crop Breeding, 14 (44), 1-17. [In Persian]
Nourzad, S., Ahmadian, A., & Moghaddam, M. 2015. Proline, total chlorophyll, carbohydrate amount and nutrients uptake in coriander (Coriandrum sativum L.) under drought stress and fertilizers application. Iranian Journal of Field Crops Research, 13 (1), 131-139. [In Persian]
Onyemaobi, I., Liu, H., Siddique, K. H. M., & Yan, G. 2017. Both male and female malfunction contributes to yield reduction under water stress during meiosis in bread wheat. Frontiers in Plant Science, 7, 2071, https://doi.org/10.3389/fpls.2016.0.071
Sattar, A., Sher, A., Ijaz, M., Ul-Allah, S., Rizwan, M. S., & Hussain, M. 2020. Terminal drought and heat stress alter physiological and biochemical attributes in flag leaf of bread wheat. PLoS ONE 15 (5), e0232974. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232974
Shahgholi, S., Sayfzadeh, S., Hadidi Masouleh, E., Shahsavari, N., & Zakeri, H. 2023. Assessment of zinc, boron, and iron foliar application on wheat yield and yield components under drought stress, Communication in Soil Science and Plant Analysis, 54 (9), 1283-1292. https://doi.org/10.1080/00103624.2022.2141772
Sharifi, P., & Mohammadkhani, N. 2016. Effects of drought stress on photosynthesis factors in wheat genotypes during anthesis. Cereal Research Communications, 44 (2), 229–239. DOI: 10.1556/0806.43.2015.054
Sharma, D. K., Andersen, S. B., Ottosen, C. O., & Rosenqvist, E. 2015. Wheat cultivars selected for high Fv/Fm under heat stress maintain high photosynthesis, total chlorophyll, stomatal conductance, transpiration and dry matter. Physiologia Plantarum, 153, 284–98. https://doi.org/10.1111/ppl.12245 PMID: 24962705
Simkin, A. J., Kapoor, L., Doss, C. G. P., Hofmann, T. A., Lawson, T., & Ramamoorthy, S. 2022. The role of photosynthesis related pigments in light harvesting, photoprotection and enhancement of photosynthetic yield in planta. Photosynthesis Research, 152, 23-42.
Vahamidis, P., Karamanos, A., Economou, G., & Fasseas, S. 2014. A new scale for the assessment of wheat spike morphogenesis, Annals of Applied Biology, 164(2), 220-231. https://doi.org/10.1111/aab.12097
Vendruscolo, A. C. G., Schuster, I., Pileggi, M., Scapim, C. A., Molinari, H. B. C., Marur, C. J., & Vieira, L. G. C. 2007. Stress-induced synthesis of proline confers tolerance to water deficit in transgenic wheat. Journal of Plant Physiology, 164, 1367-1376.
Zandalinas S. I., Mittler R., Balfagon D., Arbona V., & Gomez-Cadenaz A. 2018. Plant adaptations to the combination of drought and high temperatures. Physiolgia Plantarum, 162, 2–12.
Zhang, J., Zhang, S., Cheng, M., Jiang, H., Zhang, X., & Peng, C. 2018. Effect of drought on agronomic traits of rice and wheat: a metaanalysis. International Journal of Environmental Research Public Health 15, 839. doi: 10.3390/ijerph15050839.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار