تأثیر کاربرد اپی‎براسینولید بر تخصیص مواد فتوسنتزی، مقاومت به خشکی و عملکرد دانه دو ژنوتیپ لوبیا چیتی (Phaseolus vulgaris L.)

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 5، دوره 19، شماره 2 - شماره پیاپی 62، تیر 1400، صفحه 169-184   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jcesc.2021.68288.1010

نویسندگان

مهسا محمدی^{* 1}؛ مجید پوریوسف²؛ افشین توکلی²

¹دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان

²گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان

چکیده

به‌منظور بررسی تأثیر کاربرد اپی‎براسینولید بر تخصیص مواد فتوسنتزی لوبیا، پژوهشی به‌صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‏های کامل تصادفی در مزرعه‌ تحقیقاتی دانشگاه زنجان در سال زراعی 1395-1394 اجرا شد. در این پژوهش، آبیاری مطلوب و تنش خشکی در کرت‎های اصلی و ژنوتیپ‎های لوبیا (رقم کوشا و ژنوتیپ COS16) و غلظت‎های مختلف اپی‌براسینولید (عدم کاربرد هورمون یا شاهد، 2، 4 و 6 میکرومولار) به‌صورت فاکتوریل در کرت‌های فرعی قرار گرفتند. در مرحله گل‌دهی، تنش خشکی اعمال (قطع آبیاری تا رسیدن پتانسیل آب خاک به 5/1- مگاپاسکال) و بوته‌های لوبیا با اپی‌براسینولید محلول‌پاشی شد و سپس آبیاری مجدد صورت گرفت. نتایج نشان داد که اثر اصلی تنش خشکی و نیز هورمون‌پاشی بر محتوای نسبی آب برگ، میزان پرولین، میزان مالون‌دی‌آلدهید، وزن خشک برگ، ساقه، غلاف و کل و عملکرد دانه معنی‌دار بود. هم‌چنین، اثر متقابل تنش خشکی در ژنوتیپ‌ها بر عملکرد دانه معنی‌دار بود. تنش خشکی باعث کاهش معنی‌دار وزن خشک برگ، ساقه، غلاف و عملکرد دانه شد و گیاه در شرایط تنش خشکی، مواد فتوسنتزی کمتری را به برگ و ساقه و مواد فتوسنتزی بیشتری را به غلاف، اختصاص داد. بالاترین عملکرد دانه در رقم کوشا در شرایط آبیاری مطلوب (با میانگین 45/3025 کیلوگرم بر هکتار) و پایین‌ترین میزان این صفت در ژنوتیپCOS16  در شرایط تنش خشکی (با میانگین 89/980 کیلوگرم بر هکتار) مشاهده گردید. کاربرد اپی‌براسینولید باعث افزایش وزن خشک برگ، ساقه، غلاف و عملکرد دانه در مقایسه با شاهد شد. بالاترین عملکرد دانه با کاربرد 2 میکرومولار اپی‌براسینولید (با میانگین‌ 2/2068 کیلوگرم بر هکتار) حاصل شد و کاربرد این غلظت، عملکرد دانه را به‌میزان 07/46 درصد نسبت به شاهد افزایش داد. همچنین، کاربرد اپی‎براسینولید با کاهش در میزان مالون‌دی‎آلدهید و افزایش در محتوای نسبی آب برگ و میزان پرولین باعث افزایش مقاومت به تنش خشکی شد. بنابراین، کاربرد اپی‌براسینولید را به‏عنوان راهکاری جهت افزایش عملکرد دانه لوبیا و افزایش مقاومت به خشکی این گیاه می­‌توان پیشنهاد نمود.

کلیدواژه‌ها

پرولین؛ تنش خشکی؛ عملکرد دانه؛ مالون‌دی‌آلدهید؛ محتوای نسبی آب برگ

مراجع

1. Agami, R. A. 2013. Alleviating the adverse effects of NaCl stress in maize seedlings by pretreating seeds with salicylic acid and 24-epibrassinolide. South African Journal of Botany88: 171-177.
2. Ahmed, F., and Suliman, A. 2010. Effect of water stress applied at different stages of growth on seed yield and water use efficiency of cowpea. Agriculture and Biology Journal of North America 1: 534-540.
3. Ali, B., Hayat, S., and Ahmad, A. 2007. 28-Homobrassinolide ameliorates the saline stress in chickpea (Cicer arietinum L.). Environmental and Experimental Botany 59: 217-223.
4. Allahmoradi, P., Mansourifar, C., Saidi, M., and Honarmand, S. J. 2013. Water deficiency and its effects on grain yield and some physiological traits during different growth stages in lentil (Lens culinaris L.) cultivars. Annals of Biological Research 4: 139-145.
5. Andrade, J., Larque-Saavedra, A., and Trejo, C. 1995. Proline accumulation in leaves of four cultivars of Phaseolus vulgaris L. with different drought resistance. Phyton-RevistaInternacional de Botanica Experimental 57: 149-158.
6. Anjum, S., Wang, L., Farooq, M., Hussain, M., Xue, L., and Zou, C. 2011. Brassinolide application improves the drought tolerance in maize through modulation of enzymatic antioxidants and leaf gas exchange. Journal of Agronomy and Crop Science 197: 177-185.
7. Bajguz, A. 2000. Effect of brassinosteroids on nucleic acids and protein content in cultured cells of Chlorella vulgaris. Plant Physiology and Biochemistry 38: 209-215.
8. Bajguz, A., and Hayat, S. 2009. Effects of brassinosteroids on the plant responses to environmental stresses. Plant Physiology and Biochemistry 47: 1-8.
9. Bastos, E., Nascimento, S., Silva, E., Freire Filho, F., and Gomide, R. 2011. Identification of cowpea genotypes for drought tolerance. Revista Ciencia Agronomica 42: 100-107.
10. Bates, L., Waldren, R., and Teare, I. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant andSoil 39: 205-207.
11. Bera, A., Pramanik, K., and Mandal, B. 2014. Response of biofertilizers and homobrassinolide on growth, yield and oil content of sunflower (Helianthus annuus L.). African Journal of Agricultural Research 9: 3494-3503.
12. Choe, S. 2006. Brassinosteroid biosynthesis and inactivation. Physiologia Plantarum 126 (4): 539-548.
13. Contour-Ansel, D., Torres-Franklin, M., Zuily-Fodil, Y., and De Carvalho, M. 2010. An aspartic acid protease from common bean is expressed ‘on call' during water stress and early recovery. Journal of Plant Physiology 167: 1606-1612.
14. Eraslan, F., Inal, A., Savasturk, O., and Gunes, A. 2007. Changes in antioxidative system and membrane damage of lettuce in response to salinity and boron toxicity. Scientia Horticulturae 114: 5-10.
15. Erice, G., Louahlia, S., Irigoyen, J. J., Sanchez-Diaz, M. And Avice, J. C. 2010. Biomass partitioning, morphology and water status of four alfalfa genotypes submitted to progressive drought and subsequent recovery. Journal of Plant Physiology 167: 114-120.
16. Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D., and Basra, S. 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development 29: 185-212.
17. Frahm, M. A., Rosas, J. C., Mayek-Pérez, N., López-Salinas, E., Acosta-Gallegos, J. A., and Kelly, J. D. 2004. Breeding beans for resistance to terminal drought in the lowland tropics. Euphytica 136: 223-232.
18. Gorka, E., Louahlia, S., Irigoyen, J. J., Sánchez-Díaz, M., Alami, I. T. and Avice, J. C. 2011. Water use efficiency, transpiration and net CO₂ exchange of four alfalfa genotypes submitted to progressive drought and subsequent recovery. Environmental and Experimental Botany 72: 123-130.
19. Gunes, A., Cicek, N., Inal, A., Alpaslan, M., Eraslan, F., Guneri, E., and Guzelordu, T. 2006. Genotypic response of chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars to drought stress implemented at pre-and post-anthesis stages and its relations with nutrient uptake and efficiency. Plant Soil and Environment 52: 368-376.
20. Hayat, S., Alyemeni, M. N., and Hasan, S. A. 2012. Foliar spray of brassinosteroid enhances yield and quality of Solanum lycopersicum under cadmium stress. Saudi Journal of Biological Sciences 19: 325-335.
21. Heath, R. L., and Packer, L. 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics 125: 189-198.
22. Korir, P., Nyabundi, J., and Kimurto, P. 2006. Genotypic response of common bean (Phaseolus vulgaris L.) to moisture stress conditions in Kenya. Asian Journal of Plant Sciences 5: 24-32.
23. Li, K., Wang, H., Han, G., Wang, Q., and Fan, J. 2008. Effects of brassinolide on the survival, growth and drought resistance of Robinia pseudoacacia seedlings under water-stress. New Forests 35: 255-266.
24. Liang, X., Zhang, L., Natarajan, S. K., and Becker, D. F. 2013. Proline mechanisms of stress survival. Antioxidants and Redox Signaling 19: 998-1011.
25. Lizana, C., Wentworth, M., Martinez, J. P., Villegas, D., Meneses, R., Murchie, E. H., Pastenes, C., Lercari, B., Vernieri, P., Horton, P., and Pinto, M. 2006. Differential adaptation of two varieties of common bean to abiotic stress: I. Effects of drought on yield and photosynthesis. Journal of Experimental Botany 57: 685-697.
26. Mohammadi, M., Pouryousef, M., Tavakoli, A. and Mohseni Fard, E. 2019. Improvement in photosynthesis, seed yield and protein content of common bean (Phaseolus vulgaris) by foliar application of 24-epibrassinolide under drought stress. Crop and Pasture Science 70: 535-545.
27. Munoz-Perea, C., Teran, H., Allen, R., Wright, J., Westermann, D., and Singh, S. 2006. Selection for drought resistance in dry bean landraces and cultivars. Crop Science 46: 2111-2120.
28. Najaphy, A., Khamssi, N. N., Mostafaie, A., and Mirzaee, H. 2010. Effect of progressive water deficit stress on proline accumulation and protein profiles of leaves in chickpea. African Journal of Biotechnology 9: 7033-7036.
29. Neumann, P. M. 1995. The role of cell wall adjustments in plant resistance to water deficits. Crop Science 35 (5): 1258-1266.
30. Niknam, V., Razavi, N., Ebrahimzadeh, H., and Sharifizadeh, B. 2006. Effect of NaCl on biomass, protein and proline contents, and antioxidant enzymes in seedlings and calli of two Trigonella species. Biologia Plantarum 50: 591-596.
31. Ozdamir, F., Bor, M., Demiral, T., and Turkan, I. 2004. Effects of 24-epibrassinolide on seed germination, seedling growth, lipid peroxidation, proline content and antioxidative system of rice (Oriza sativa L.) under salinity stress. Plant Growth Regulation. 42: 203: 211.
32. Pfeiffer, W., and McClafferty, B. 2007. HarvestPlus: breeding crops for better nutrition. Crop Science 47: 88-105.
33. Prakash, M., Suganthi, S., Gokulakrishnan, J., and Sabesan, T. 2008. Effect of homobrassinolide on growth, physiology and biochemical aspects of sesame. Karnataka Journal of Agricultural Sciences 20: 110-112.
34. Rady, M. M. 2011. Effect of 24-epibrassinolide on growth, yield, antioxidant system and cadmium content of bean (Phaseolus vulgaris L.) plants under salinity and cadmium stress. Scientia Horticulturae 129: 232-237.
35. Rezaei, Z. and Jabbari, F. 2015. Effect of drought stress on photo assimilate allocation of pinto bean (Phaseolus vulgaris L.). Iranian Journal of Field Crop Science 46 (2): 217-226. (in Persian).
36. Romdhane, S. B., Trabelsib, M., Elarbi, M., Lajudie, P., and Mhamdia, R. 2009. The diversity of rhizobia nodulating chickpea (Cicer arietinum) under water deficiency as a source of more efficient inoculants. Soil Biology and Biochemistry 41: 2568-2572.
37. Salehpour, M., Ebadi, A., Izadi, M., and Jamaati-e-Somarin, S. 2009. Evaluation of water stress and nitrogen fertilizer effects on relative water content, membrane stability index, chlorophyll and some other traits of lentils (Lens culinaris L.) under hydroponics conditions. Research Journal of Environmental Sciences 3: 103-109.
38. Saxena, C. M., Silim, S. N., and Singh, B. K. 1990. Effect of supplementary irrigation during reproductive growth on winter and spring chickpea (Cicer arietinum L.) in a Mediterranean environment. Journal of Agricultural Science 114: 285-293.
39. Sengupta, K., Mitra, S., and Ray, M. 2009. Effect of brassinolide on growth and yield of summer greengram crop. Indian Agriculturist 53: 155-157.
40. Shenkut, A. A., and Brick, M. A. 2003. Traits associated with dry edible bean (Phaseolus vulgaris L.) productivity under diverse soil moisture environments. Euphytica 133 (3): 339-347.
41. Siddiqui, M. H., Al-Khaishany, M. Y., Al-Qutami, M. A., Al-Whaibi, M. H., Grover, A., Ali, H. M., Al-Wahibi, M. S., and Bukhari, N. A. 2015. Response of different genotypes of faba bean plant to drought stress. International Journal of Molecular Sciences 16: 10214-10227.
42. Singh, K. B., and Saxena, M. C. 2000. Breeding for stress tolerance in cool season food legumes. First Edition (Translation: A.R. Bagheri, A. Nezami, and M. Soltani). Research Organizations, Education and Agricultural Extension. Pp: 445.
43. Sivaramaiah, N., Malik, D. K., and Sindhu, S. S. 2007. Improvement in symbiotic efficiency of chickpea (Cicer arietinum) by coinoculation of Bacillus strains with Mesorhizobium sp. Cicer. Indian Journal of Microbiology 47: 51-56.
44. Smart, R. E., and Bingham, G. E. 1974. Rapid estimates of relative water content. Plant Physiology 53: 258-260.
45. Sundaresan, S., and Sudhakaran, P. 1995. Water stress‐induced alterations in the proline metabolism of drought‐susceptible and‐tolerant cassava (Manihot esculenta) cultivars. Physiologia Plantarum 94: 635-642.
46. Svetleva, D., Krastev, V., Dimova, D., Mitrovska, Z., Miteva, D., Parvanova, P., and Chankova, S. 2012. Drought tolerance of Bulgarian common bean genotypes, characterised by some biochemical markers for oxidative stress. Journal of Central European Agriculture 13: 349-361.
47. Talaat, N., and Shawky, B. 2013. 24-Epibrassinolide alleviates salt-induced inhibition of productivity by increasing nutrients and compatible solutes accumulation and enhancing antioxidant system in wheat (Triticum aestivum L.). Acta Physiologiae Plantarum 35: 729-740.
48. Talaat, N., and Shawky, B. 2016. Dual application of 24-epibrassinolide and spermine confers drought stress tolerance in maize (Zea mays L.) by modulating polyamine and protein metabolism. Journal of Plant Growth Regulation 35: 518-533.
49. Thussagunpanit, J., Jutamanee, K., Sonjaroon, W., Kaveeta, L., Chai-Arree, W., Pankean, P., and Suksamrarn, A. 2015. Effects of brassinosteroid and brassinosteroid mimic on photosynthetic efficiency and rice yield under heat stress. Photosynthetica 53: 312-320.
50. Yasar, F., Uzal, O., and Ozpay, T. 2010. Changes of the lipid peroxidation and chlorophyll amount of green bean genotypes under drought stress. African Journal of Agricultural Research 5: 2705-2709.
51. Zhang, M., Zhai, Z., Tian, X., Duan, L., and Li, Z. 2008. Brassinolide alleviated the adverse effect of water deficits on photosynthesis and the antioxidant of soybean (Glycine max L.). Plant Growth Regulation 56: 257-264.
52. Zhanli, L., Li, L., Fangfang, Z., Lei, J., and Kaichen, T. 2016. Effect of brassinolide on energy status and proline metabolism in postharvest bamboo shoot during chilling stress. Postharvest Biology and Technology 111: 240-246.