بررسی روند تغییرات عوامل فلورسانس کلروفیل در طی تنش یخ‌زدگی در دو توده باقلا (Vicia faba L.)

پژوهش‌های حبوبات ایران

مقاله 10، دوره 9، شماره 2، خرداد 1397، صفحه 139-150   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijpr.v9i2.59524

نویسندگان

جعفر نباتی^{* 1}؛ احمد نظامی¹؛ علیرضا حسن فرد¹؛ ژاله حقیقت شیشوان²

¹دانشگاه فردوسی مشهد

²دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

فتوسیستمII در دستگاه فتوسنتزی، حساس‌ترین مؤلفه به تنش دمایی است. به‌منظور ارزیابی تحمل دو توده‌ باقلای بروجرد و نیشابور به تنش یخ‌زدگی (دمای 0، 4-، 8-، 12-، 16-، 20-، 24-درجه سانتی‌گراد) آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با چهار تکرار در سال 1394 در پژوهشکده علوم گیاهی دانشگاه فردوسی مشهد اجرا شد. عوامل فلورسانس کلروفیل قبل، 3، 6، 12، 24، 48 و 72ساعت پس از اعمال یخ‌زدگی اندازه‌گیری شد. درصد بقای توده‌ها نیز سه هفته پس از اعمال تیمارهای دمایی تعیین شد. بیشینه فلورسانس برگ سازگار شده به نور (F'm)، در توده بروجرد نسبت به توده نیشابور چهار درصد بیشتر بود. مؤلفه‌های فلورسانس کلروفیل با کاهش دما از صفرتا °C12- تغییر قابل‌ملاحظه‌ای نشان ندادند، ولی با کاهش دما از 12- به °C16- عوامل فلورسانس کلروفیل روند کاهشی پیدا کردند و در °C24- به حداقل مقدار خود رسیدند. کاهش عوامل فلورسانس کلروفیل ازجمله بیشینه‌ کارآیی پتانسیل فتوسیستم F'v/F'm تا 24 ساعت پس از اعمال یخ‌زدگی با شیب تندی ادامه پیدا کرد و پس‌ از آن با شیب ملایم افزایش یافت، اما F'm، 72ساعت پس از اعمال یخ‌زدگی به مقدار قبل از تنش نرسید. با افزایش شدت یخ‌زدگی درصد بقای نمونه‌ها کاهش یافت، به‌طوری‌که در دمای °C12- درصد بقا به 83درصد رسید با کاهش دما از 12- به °C16- درصد بقا به‌شدت کاهش یافت، در این دما در توده بروجرد هیچ گیاهی باقی نماند و در توده نیشابور تنها پنج درصد از گیاهان قادر به تحمل این شدت از تنش یخ‌زدگی بودند. ضریب رگرسیونی بالایی بین F'v/F'm و درصد بقا در توده بروجرد (99/0=R2) و نیشابور (98/0=R2) مشاهده شد. به طور کلی این مطالعه نشان داد که باقلا قادر به تحمل سرما تا دمای °C12- است و با استفاده از شاخص‌های کلروفیل فلورسانس پس از تنش یخ‌زدگی می‌توان میزان خسارت را در این گیاه تخمین زد.

کلیدواژه‌ها

بقا؛ عملکرد کوانتومی؛ فتوسیستم؛ کارایی فتوسیستم

مراجع

1. Badeck, F.W., and Rizza, F. 2015.A Combined field/laboratory method for assessment of frost tolerance with freezing tests and chlorophyll fluorescence. Agronomy 5: 71-88.

2. Baker, N.R. 2008. Chlorophyll fluorescence: a probe of photosynthesis in vivo. Annual Review of Plant Biology 59: 89-113.

3. Butler, W.L. 1978. Energy distribution in the photochemical apparatus of photosynthesis. Annual Review of Plant Physiology 29: 345-378.

4. Dexter, S.T. 1993. Effects of several environmental factors on hardening of plants. Plant Physiology 8: 123-139.

5. Ehlert, B., and Hincha, D.K. 2008. Chlorophyll fluorescence imaging accurately quantifies freezing damage and cold acclimation responses in Arabidopsis leaves. Plant Methods 4: 12.

6. FAOSTAT. 2009. Prod Stat: Crops. FAO Statistical Databases (Faostat), Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), http://faostat.fao.org.

7. Hincha, D.K., and Schmitt, J.M. 1992. Freeze-Thaw Injury and Cryoprotection of Thylakoid Membranes. In: G.N. Somero, C.B. Osmond and C.L. Bolis (Eds). Water and Life. Springer, p. 316-337.

8. Jurczyk, B., Krepski, T., Kosmala, A., and Rapacz, M. 2013. Different mechanisms trigger an increase in freezing tolerance in Festuca pratensis exposed to flooding stress. Environmental and Experimental Botany 93: 45-54.

9. Kaplan, F., Kopka, J., Sung, D.Y., Zhao, W., Popp, M., Porat, R., and Guy, C.L. 2007. Transcript and metabolite profiling during cold acclimation of Arabidopsis reveals an intricate relationship of cold-regulated gene expression with modifications in metabolite content. Plant Journal 50: 967-981.

10. Koscielniak, L., and Biesaga-Koscielniak, J. 2006. Photosynthesis and non-photochemical excitation quenching components of chlorophyll excitation in maize and field bean during chilling at different photon flux density. Photosynthetica 44: 174-180.

11. Krause, G., and Santarius, K. 1975. Relative thermostability of the chloroplast envelope. Planta 127: 285-299.

12. Krause, G.H., Grafflage, S., Rumich-Bayer, S., and Somersalo, S. 1988. Effects of freezing on plant mesophyll cells. Symposia of the Society for Experimental Biology 42: 311-327.

13. Lindow, S.E., Arny, D.C., and Upper, C.D. 1982. Bacterial ice nucleation: a factor in frost injury to plants. Plant Physiology 70: 1084-1089.

14. Mathur, S., Jajoo, A., Mehta, P., and Bharti, S. 2011. Analysis of elevated temperature induced inhibition of photosystem II using chlorophyll a fluorescence induction kinetics in wheat leaves (Triticum aestivum). Plant Biology 13: 1-6.

15. Mishra, A., Heyer, A.G., and Mishra, K.B. 2014. Chlorophyll fluorescence emission can screencold tolerance of cold acclimated Arabidopsis thaliana accessions. Plant Methods 10: 38.

16. Molina-Bravo, R., Arellano, C., Sosinski, B.R., and Fernandez, G.E. 2011. A protocol to assess heat tolerance in a segregating population of raspberry using chlorophyll fluorescence. Scientia Horticulturae 130: 524-530.

17. Nezami, A., Bagheri, A., Porsa, H., Zafranieh, M., and Khamadi, N. 2011. Evaluation of cold tolerant lentil genotypes (Lens culinaris Medik.) in fall planting under supplementary irrigation. Iranian Journal of Pulses Research 1(2): 49-58. (In Persian).

18. Nezami, A., Khazaei, H.R., Eshghizadeh, H.R., and Riahinia, Sh. 2011. Evaluation of freezing temperature tolerance of lentil (Lens culinaris Medik.) genotypes with using chlorophyll fluorescence parameters. Agronomy Journal (Pajouhesh & Sazandegi) 99: 24-33. (In Persian).

19. Porsa, H., Nezami, A., Bagheri, A., and Najibnia, S. 2016. Agronomic assessment of cold tolerant chickpea (Cicer arietinum L.) genotypes in fall sowing at Mashhad conditions. Iranian Journal of Pulses Research 7(1): 37-53. (In Persian).

20. Rapacz, M., Sasal, M., and Gut, M. 2011. Chlorophyll fluorescence-based studies of frost damage and the tolerance for cold-induced photoinhibition in freezing tolerance analysis of triticale (× Triticosecale Wittmack). Journal of Agronomy and Crop Science. 197: 378–389.

21. Sharma, D.K., Andersen, S.B., Ottosen, C.O., and Rosenqvist, E. 2012. Phenotyping of wheat cultivars for heat tolerance using chlorophyll a fluorescence. Functional Plant Biology 39: 936-947.

22. Singh, A.K., Bhatt, B.P., Upadhyaya, A., Kumar, S., Sundaram, P.K., Singh, B.K., Chandra, N., and Bharati, R.C. 2012. Improvement of faba bean (Vicia faba L.) yield and quality through biotechnological approach: A review. African Journal of Biotechnology 11(87): 15264-15271.

23. Vaclavik, L., Mishra, A., Mishra, K.B., and Hajslova, J. 2013. Mass spectrometry-based metabolomic fingerprinting for screening cold tolerance in Arabidopsis thaliana accessions. Analytical and Bioanalytical Chemistry 405(8): 2671-2683.

24. Vogel, J.T., Zarka, D.G., van Buskirk, H.A., Fowler, S.G., and Thomashow, M.F. 2005. Roles of the CBF2 and ZAT12 transcription factors in configuring the low temperature transcriptome of Arabidopsis. Plant Journal 41: 195-211.

25. Zhang, X., Wan, S., Hao, J., Hu, J., Yang, T., and Zong, X. 2016. Large-scale evaluation of pea (Pisum sativum L.) germplasm for cold tolerance in the field during winter in Qingdao. The Crop Journal 4(5): 377-383.

26. Zhou, R., Yu, X., Kjær, K.H., Rosenqvist, E., Ottosen, C.O., and Wu, Z. 2015. Screening and validation of tomato genotypes under heat stress using Fv/Fm to reveal the physiological mechanism of heat tolerance. Environmental and Experimental Botany 118: 1–11.