ارزیابی ارتباط محتوای ربودیوزاید-a و استویوزاید با صفات رشدی، عملکردی و خصوصیات ریشه گیاه استویا (stevia rebaudiana bertoni) تحت تنش خشکی

سابقه و هدف: تحقیقات در زمینه ارتباط بین ویژگی‌های ریشه و محتوای گلیکوزیدهای استویول در ژنوتیپ‌های استویا (stevia rebaudiana bertoni) تحت سطوح مختلف تنش خشکی بسیار اندک است. ازاین رو، این پژوهش با هدف ارزیابی ارتباط خصوصیات ریشه با محتوای دو گلیکوزید ربودیوزاید-a و استویوزاید در دو ژنوتیپ استویا تحت تنش خشکی اجرا شد.مواد و روش ها: در این پژوهش ارزیابی ارتباط ویژگی‌های ریشه و صفات عملکردی با محتوای دو گلیکوزید ربودیوزاید-a و استویوزاید در دو ژنوتیپ استویا (چینی و هندی) در شرایط هیدروپونیک با هفت سطح خشکی (صفر، 2-، 4-، 6-، 8-، 10- و 12- بار با استفاده از پلی اتیلن گلیکول 6000) در سال 1402 به‌صورت دو آزمایش کاملاً تصادفی در سه تکرار بررسی گردید. به منظور اجرای آزمایش، گلدان‌هایی با مخلوط پومیس و پرلیت (به نسبت یک به یک) پر و تعداد سه نشاء یکدست در اوایل اردیبهشت‌ماه کشت شدند. در طول آزمایش، تغذیه و اعمال تنش خشکی با استفاده از محلول هوگلند انجام شد. تمامی گلدان‌ها تا قبل از تثبیت گیاهچه ها با آب مقطر آبیاری شدند. بعد از اطمینان از تثبیت گیاهچه ها، اعمال تیمارهای خشکی با آبیاری سه روز یکبار با 400 میلی لیتر محلول هوگلند با ظرفیت اسمزی متفاوت براساس تیمارهای طراحی شده انجام گردید. پس از گذشت 65 روز از کاشت، تمامی گیاهان داخل گلدان‌ها به‌طور کامل خارج شده و اندام‌های هوایی و زیرزمینی جدا شدند تا ویژگی‌های مورد نظر اندازه‌گیری شود. اندازه‌گیری گلیکوزیدهای استویول به وسیله کروماتوگرافی مایع با فشار بالا (hplc) با ستون c18 و دتکتور uv-vis در طول موج 202 نانومتر انجام شد. در نهایت نتایج مربوط به هر ژنوتیپ جداگانه آنالیز و ارائه گردید.نتایج: براساس نتایج صفات عملکردی و رشدی ازجمله ارتفاع بوته، تعداد برگ، وزن تر برگ، عملکرد برگ و عملکرد بیوماس کل تحت تاثیر تنش خشکی در هر دو ژنوتیپ تفاوت معنی‌داری داشتند و تمامی صفات ذکر شده در اثر تنش کاهش نشان دادند. میزان کاهش صفات عملکرد برگ در سطح 12- بار در مقایسه با شاهد به‌ترتیب در ژنوتیپ چینی و هندی 59.84% و 87.9% و عملکرد بیوماس کل 52.51% و 64.19% به دست آمد. از نظر عملکرد برگ در سطح بدون تنش خشکی، ژنوتیپ هندی دارای میانگین بالاتری بود، در حالی که در سطوح بالاتر تنش خشکی (بیشتر از 8- بار)، ژنوتیپ چینی عملکرد بالاتری را نشان داد. می‌توان نتیجه گیری کرد که ژنوتیپ چینی در سطوح بالاتر تنش، تحمل بیشتری از نظر عملکرد برگ از ژنوتیپ هندی دارد. براساس نتایج بیشترین میانگین صفات مرتبط با ریشه ازجمله وزن تر و خشک، حجم، طول و چگالی در ژنوتیپ چینی در سطح 4- بار و در ژنوتیپ هندی در 2- بار مشاهده شدند. در هر دو ژنوتیپ تنش جزئی خشکی (2- بار) منجر به افزایش میانگین استویوزاید و ربودیوزاید-a در مقایسه با تیمار بدون تنش شد، به‌طوری که بالاترین محتوای ربودیوزاید-a و استویوزاید در همین سطح تنش در ژنوتیپ چینی و هندی (به‌ترتیب 2.58 و 2.58 درصد و 7.8 و 5.96 درصد) بدست آمد. براساس نتایج رگرسیون گام به گام سطح ریشه و وزن تر برگ و عملکرد بیوماس کل از صفات اثرگذار در افزایش محتوای مجموع ربودیوزاید-a و استویوزاید بودند.نتیجه‌گیری: براساس نتایج، تنش خشکی شدید منجر به کاهش صفات رشدی، عملکردی، ویژگی‌های ریشه و محتوا و عملکرد دو گلیکوزید مورد بررسی شد. محتوای این دو گلیکوزید به‌عنوان متابولیت اصلی در گیاه استویا در سطح تنش خشکی جزئی (2- بار) بیشترین سنتز را داشتند که می‌توان استنباط کرد که به‌عنوان متابولیت های تاثیر گذار در ایجاد تحمل به تنش ایفای نقش می کنند. بیشترین مقاومت در برابر تنش خشکی در ژنوتیپ چینی مشاهده شد، به‌طوری ‌که در برخی از موارد عملکرد و محتوای مجموع ربودیوزاید-a و استویوزاید در این ژنوتیپ بیشتر از ژنوتیپ هندی بود. در مجموع، این مطالعه نشان می‌دهد که تنش خشکی شدید به‌طور مستقیم بر عملکرد و محتوای گلیکوزیدهای ربودیوزاید-a و استویوزاید در گیاه استویا تاثیر کاهنده دارد و برخی از صفات مرتبط با ریشه و صفات عملکردی می‌توانند به‌عنوان نشانگرهای مناسب برای تحمل به تنش خشکی در این گیاه استفاده شوند.

assessment of the relationship between rebaudioside-a and stevioside content and growth, yield, and root characteristics of stevia (stevia rebaudiana bertoni) under drought stress

background and objective: limited research exists on the relationship between different root structures and the content of steviol glycosides in various genotypes of the stevia plant (stevia rebaudiana bertoni) under varying levels of drought stress. this study aimed to assess the relationship between root characteristics and the content of rebaudioside-a (reb-a) and stevioside (stev) in two stevia genotypes under drought stress.methodology: this study evaluated the relationship between root attributes, yield characteristics, and the content of reb-a and stev in two stevia genotypes (chinese and indian) under hydroponic conditions. seven drought levels (-2, -4, -6, -8, -10, and -12 bars using polyethylene glycol 6000) were applied in 2023. the experiment consisted of two completely randomized design trials with three replications each. to begin the experiment, pots filled with a 1:1 ratio of vermiculite and perlite were prepared, and three uniform seedlings were planted in early april. throughout the growth period and the application of drought stress using hoagland solution, all pots were initially irrigated with distilled water until the establishment of plants. once plant establishment was ensured, drought treatments were administered by irrigating once every three days with 400 ml of hoagland solution with varying osmotic potentials based on the designated treatments. after 65 days from planting, all plants were carefully removed from the pots, and their aboveground and underground parts were separated to measure the desired traits. steviol glycosides were quantified using high-performance liquid chromatography (hplc) with two c18 columns and a uv-vis detector at a wavelength of 202 nm. finally, the results pertaining to each genotype were analyzed and presented separately.results: the results indicated that both genotypes experienced significant reductions in yield and growth characteristics, including plant height, leaf number, leaf fresh weight, leaf yield, and total biomass yield, under drought stress conditions. compared to the control, all mentioned traits decreased notably under stress. at the -12 bar level, the reduction in leaf yield traits was 59.84% and 87.9% in the chinese and indian genotypes, respectively, while total biomass yield decreased by 52.51% and 64.19%, respectively. the indian genotype exhibited a higher average leaf yield at non-drought stress levels, whereas the chinese genotype showed a higher yield at higher drought stress levels (beyond -8 bars). this suggests that the chinese genotype displays greater tolerance in terms of leaf yield under higher stress levels compared to the indian genotype. root-related traits, including fresh and dry weight, volume, length, and density, showed the highest averages in the chinese genotype at the -4 bar level and in the indian genotype at the -2 bar level. in both genotypes, partial drought stress (-2 bars) resulted in increased average content of stev when compared to the non-stress treatment, with the highest content of reb-a and stev observed at this stress level in both the chinese and indian genotypes (2.58% and 2.58%, respectively, and 7.8% and 5.96%, respectively). according to the stepwise regression results, root area, leaf fresh weight, and total biomass yield were identified as influential traits in increasing the combined content of reb-a and stev.conclusion: based on the findings, severe drought stress resulted in a decline in growth and yield traits, root characteristics, and the content and yield of the combined reb-a and stev. the synthesis of these two glycosides as metabolites in stevia plants peaked at the partial drought stress level (-2 bars), highlighting their pivotal role as influential metabolites in imparting stress tolerance. the chinese genotype exhibited the highest resistance to drought stress, displaying superior yield and content of combined reb-a and stev compared to the indian genotype in certain instances. overall, this study illustrates that severe drought stress directly diminishes the yield and content of reb-a and stev in stevia plants. in contrast, certain root-related and yield traits can serve as reliable indicators of drought tolerance in this plant.