واکنش صفات بیوشیمیایی و جوانه زنی بذرهای زوال یافته گندم به هیدروپرایمینگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران.

چکیده

مقدمه: اهمیت گندم به عنوان یک محصول استراتژیک در میان سایر گیاهان زراعی به حدی است که بیشترین سطح زیر کشت را در جهان و همچنین ایران به خود اختصاص داده است. از سوی دیگر زوال بذر پدیده­ای طبیعی است که بذرها قوه نامیه و کیفیت خود را حتی در شرایط مطلوب نگهداری از دست می­دهند. در برخی از محصولات زراعی خسارت ناشی از زوال تا 50 درصد نیز گزارش شده است. بخشی از این خسارت مربوط به کاهش سرعت و درصد سبز شدن بذرها بوده که منجر به کاهش تراکم بوته، عدم دستیابی به تراکم مطلوب به ویژه در شرایط نامساعد مزرعه شده و در نتیجه موجب کاهش عملکرد محصول می‌گردد. در این آزمایش نقش هیدروپرایمینگ بذر در  بهبود خسارت ناشی از زوال بذر گندم (رقم الوند) مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در آزمایشگاه تکنولوژی بذر دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینای همدان در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در چهار تکرار انجام شد. بذرهای گندم رقم الوند به روش پیری تسریع شده به­مدت 48 ساعت در دمای 40 درجه سانتی­گراد زوال یافتند. سپس بذور زوال یافته در دمای 20 درجه سانتی­گراد به­مدت 4، 8 و 12 ساعت با آب مقطر پرایم شدند. صفات مورد بررسی شامل درصدجوانه­زنی، متوسط زمان جوانه­زنی، سرعت جوانه­زنی، طول گیاهچه، نشت الکترولیتی، محتوای مالون دی­آلدهید، قندهای محلول، پروتئین­های محلول و فعالیت آنزیم­های کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز و آسکوربات پراکسیداز بود.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، هیدروپرایمینگ بذر در هر سه بازه زمانی­ مورد استفاده، به­طور معنی­داری موجب بهبود صفات درصد جوانه­زنی، سرعت جوانه­زنی، طول گیاهچه، فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدانی (کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز و آسکوربات پراکسیداز)، قندها و پروتئین­های محلول بذرهای زوال یافته گردید. در بین صفات مورد بررسی، متوسط زمان جوانه­زنی، نشت الکترولیتی و محتوای مالون دی­آلدهید بذرهای پرایم شده در مقایسه با بذرهای پرایم نشده کاهش یافت. هیدروپرایمینگ به­مدت 4، 8 و 12 ساعت درصد جوانه­زنی بذرها را به ترتیب 9/15، 3/32، 3/58 درصد و سرعت جوانه­زنی را به ترتیب 5/17، 1/85، 7/201 درصد در مقایسه با بذرهای پرایم نشده افزایش داد. در خصوص فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدانی، هیدروپرایمینگ بذر در زمان­های 4، 8 و 12 ساعت فعالیت آنزیم­ کاتالاز را 4/12، 2/27، 2/39 درصد، فعالیت آنزیم­ سوپراکسید دیسموتاز را به ترتیب 8/15، 9/31، 4/35 درصد و فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز را به ترتیب 3/38، 4/40، 9/44 درصد نسبت به بذرهای پرایم نشده افزایش داد.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج بدست آمده از این آزمایش می­توان گفت کاربرد آب مقطر به­مدت 12 ساعت به­عنوان بهترین زمان پرایمینگ، جهت بازیابی کیفیت از دست رفته بذرهای زوال یافته گندم و بهبود خصوصیات جوانه­زنی رقم الوند قابل توصیه ­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The reaction of biochemical and germination traits of deteriorated wheat seeds to hydropriming

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hasan Vafaei
  • Hossein Reza Rouhi
Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
چکیده [English]

Introduction: The importance of wheat as a strategic product among other crops is that it has the largest cultivated area in the world and Iran. On the other hand, seed deterioration is a natural phenomenon in which seeds lose their viability and quality even under optimal storage conditions. In some crops, damage due to deterioration has been reported to be up to 50%. Part of this damage is related to the decrease in the speed and percentage of seed germination, which leads to a decrease in the plant density and the failure to achieve the desired density, especially in unfavorable conditions, resulting in crop yield decreases. In this experiment, the subject of the study was the ability of seed hydropriming to improve damage caused by the deterioration of wheat seeds (var. Alvand).
Materials and methods: This experiment was carried out in the Laboratory of Seed Science and Technology, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, as a factorial in a completely randomized design with four replications. The seed used for the experiment was the Alvand variety. Wheat seeds deteriorated by accelerated aging method for 48 hours at 40 °C. Then, the deteriorated seeds were primed with distilled water at 20 °C for 4, 8 and 12 hours. The examined traits include germination percentage, mean germination time, germination rate, seedling length, electrolyte leakage, malondialdehyde content, soluble sugars, soluble proteins, and activity of catalase, superoxide dismutase, and ascorbate peroxidase enzymes.
Results: The results showed that seed hydropriming in all three time periods used significantly improved the characteristics of germination percentage, germination rate, seedling length, antioxidant enzymes activity (catalase, superoxide dismutase, and ascorbate peroxidase), the soluble sugars and proteins of the seeds were found to deteriorate. Among the examined traits, the mean germination time, electrolyte leakage and malondialdehyde content of primed seeds decreased compared to non-primed seeds. Hydropriming for 4, 8, and 12 hours increased final germination to 15.9, 32.3, and 58.3 %, with germination rates of 7.7, 53.8, and 84.6 % compared to non-primed seeds, respectively. Regarding the activity of antioxidant enzymes, seed hydropriming at 4, 8, and 12 hours increased catalase activity by 12.4, 27.2, and 39.2%, superoxide dismutase activity by 15.9, 31.9, 35.4% and increased ascorbate peroxidase enzyme activity by 38.3, 40.4, and 44.9%, respectively, compared to non-primed.
Conclusion: Based on the results of this experiment, it can be concluded that the application of distilled water for 12 hours as the best priming time is recommended to recover the lost quality of deteriorated wheat seeds and improve the germination characteristics of the Alvand variety.

کلیدواژه‌ها [English]

  • soluble proteins
  • superoxide dismutase
  • soluble sugars

مراجع

Ahmad, K.U., Rahman, M.M., & Ali, M.R. 2014. Effect of  hydropriming method on maize (Zea mays) seedling emergence. Bangladesh Journal of Agricultural Research, 39(1), 143-150.
Ashraf, M., & Foolad, M.R. 2005. Pre-sowing seed treatment a shotgun approach to improve germination, plant growth, and crop yield under saline and non-saline conditions. Advances in Agronomy, 88, 223-271.
Bradford, MM. 1976. A dye binding assay for protein. Analytical Biochemistry, 72, 248-254.
Cakmak, I., & Horst, W.  1991. Effect of aluminium on lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase and peroxidase activities in root tip of soybean (Glycine max). Plant Physiology, 83, 463–468.
Cavalcanti, F.R., Oliveira, J.T.A., Martins-Miranda, A.S., Viégas, R.A., & Silveira, J.A.G. 2004. Superoxide dismutase, catalase and peroxidase activities do not confer protection against oxidative damage in salt-stressed cowpeas leaves. New Phytologist, 163, 563–571.
Chiu, K.Y., Wang, C.S., & Sung, J.M. 1995. Lipid peroxidation and peroxide-scavenging enzymes associated with accelerated ageing and hydration of watermelon seeds differing in ploidy. Plant Physiology, 94, 441-446.
Delouche, J.C., & Baskin, C.C. 1973. Accelerated ageing technique for predicting relative storability of seed lots. Seed Science and Technology, 1, 427-452.
Ellis, R.A., & Roberts, E.H. 1981. The quantification of ageing and survival in orthodox seeds. Seed Science and Technology, 9, 373–409.
Food and Agriculture Organization of the United Nation. 2022. Statistics: FAOSTAT agriculture. from http://fao.org/crop/statistics.
Forti, C., Ottobrino, V., Doria, E., Bassolino, L., Toppino, L., Rotino, G.L., Pagano, A., Macovei, A., & Balestrazzi, A. 2021. Hydropriming Applied on Fast Germinating Solanum villosum Miller Seeds: Impact on Pre-germinative Metabolism. Frontier in Plant Science, 12, 639336.
Fu, Y.B., Ahmed, Z., & Diederichsen, A. 2015. Towards a better monitoring of seed ageing under ex situ seed conservation. Conservation Physiology, 3, 1–16.
Ghasemi-Golezani, K., Japparpour-Bonyadi, Z., Shafagh-Kolvanagh, J., & Nikpour-Rashidabad, N. 2013. Effects of water stress and hydro-priming duration on field performance of lentil. International Journal of Farming and Allied Sciences, 2, 922925.
Giannopolitis, C., & Ries, S. 1977. Superoxid desmutase. I: Occurence in higher plant, Plant Physiology, 59, 309–314.
Hampton, J.G., & TeKrony, D.M. 1995. Handbook of vigour test methods. The international Seed Testing Association, Zurikh.
Irigoyen, J.J., Emerich, D.W., & Sanchez-Diaz, M. 1992. Water stress induced changes in concentrations of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa (Medicago sativa) plants. Physiologia Plantarum, 84, 55-60.
ISTA. 2007. International Rules for Seed Testing. Seed Science and Technology, 13, 299–520.
Jisha, K.C., Vijayakumari, K., & Puthur, J.T. 2013. Seed priming for abiotic stress tolerance: an overview. Acta Physiologiae Plantarum, 35, 1381–1396.
Jyoti, & Malik, C.P. 2013. Seed deterioration: a review. International Journal of Life Sciences Biotechnology and Pharma Research, 2(3), 374–385.
Kamithi, K.D., Wachira, F. & Kibe, A.M. 2016. Effects of Different Priming Methods and Priming Durations on Enzyme Activities in Germinating Chickpea (Cicer arietinum L.). American Journal of Natural and Applied Science, 1(1), 1-9.
Kapoor, R., Arya, A., Siddiqui, M.A., Amir, A., & Kumar, H. 2010. Seed Deterioration in Chickpea (Cicer arietinum L.) under Accelerated Ageing. Asian Journal of Plant Science. 9(3), 158-162.
Kheirabadi, F., Soltani, A.,  Galeshi, S., Soltani, E., & Nehbandani, A.R. 2017. The effect of seed deterioration on the growth response of wheat under water logging stress. Crop Production, 9(2), 1-18. [In Persian]
Kibinza, S., Bazin, J., Bailly, C., Farrant, J.M., Corbineau, F., & El-Marrouf Bouteau, H. 2011. Catalase is a key enzyme in seed recovery from ageing during priming. Plant Science, 181, 309-315.
Lopez, L.V.P., Rodríguez, A.R., Coronado, M.E.S., Hernández, P.E.M., & Segovia, A.O. 2016. Effects of hydropriming treatments on the invigoration of aged Dodonaea viscosa seeds and water-holding polymer on the improvement of seedling growth in a lava field. Restoration Ecology, 24(1), 61–70.
Matsushima, K., & Sakagami, J. 2012. Effects of seed hydropriming on germination and seedling vigor during emergence of rice under different soil moisture conditions. American Journal of Plant Science, 4, 1584-1593.
Nakano, Y., & Asada, K. 1981. Hydrogen peroxide scavenged by ascrobate-specific peroxidase in spinach chloroplast. Plant Cell Physiology, 22, 867–880.
Rehman, H., Iqbal, H., Basra, S.M.A., Afzal, I., Farooq, M., Wakeel, A., & Ning, W. 2015. Seed priming improves early seedling vigor, growth and productivity of spring maize. Journal of Integrative Agriculture, 14(9), 1745–1754.
Rouhi, H.R., & Sepehri, A. 2017. Effect of hydropriming on morphological and physiological performance of aged groundnut (Arachis hypogaea L.) seeds. Iranian Journal of Field Crop Science, 48,43-53.
Rouhi, H.R., Vafaei, M.H., Saman, M., & Abbasi Surki. A. 2021. Effect of Hydrogen Peroxide on Physiological Quality and Germination of Aged Pumpkin Seeds under Drought Stress Condition. Philippine Agricultural Scientist, 104(1), 90-99.
Sallam, H.A. 1999. Effect of some seed-soaking treatments on growth and chemical components on faba bean plants under saline conditions. Annals of Agricultural Sciences, 44, 159–171.
Sharma, A.D., Rathore, S.V.S., Srinivasan, K., & Tyagi, R.K. 2014. Comparison of various seed priming methods for seed germination, seedling vigour and fruit yield in okra (Abelmoschus esculentus L. Moench). Scientia Horticulturae, 165, 75–81.
Tabatabaei, S.A. 2013. The Effect of priming on germination and enzyme activity of sesame (Sesamum indicum L.) seeds after accelerated aging. Journal of Physiology and BiochemIstry, 9 (4), 132-138.
Varier, A., Vari, A.K., & Dadlani, M. 2010. The subcellular basis of seed priming. Current Science, 99(4), 450-456.
Wattanakulpakin, P., Photchanachai, S., Ratanakhanokchai, K., Kyu, K.L., Ritthichai, P., & Miyagawa, S. 2012. Hydropriming effects on carbohydrate metabolism, antioxidant enzyme activity and seed vigor of maize (Zea mays L.). African Journal of Biotechnology, 11, 3537-3547.
Xia, F., Wang, X., Li, M., & Mao, P. 2015. Mitochondrial structural and antioxidant system responses to aging in oat (Avena sativa L.) seeds with different moisture contents. Physiology and BiochemIstry, 94, 122-129.
Yan, M. 2015. Hydropriming promotes germination of aged napa cabbage seeds. Seed Science and Technology, 43(2), 303-307.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار