تعیین متحمل‌ترین ژنوتیپ‌های موتانت برنج هاشمی (m3) در پاسخ به تنش خشکی با استفاده از شاخص‌های رشدی فیزیولوژی و تغییرات آنزیمی

مقدمه و هدف: تنش‌های غیرزیستی بویژه خشکی اثر منفی بر رشد و تولید محصول دارد. گیاهان واکنش‌های مختلف فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی را در شرایط تنش خشکی در سطح سلولی و موجود کامل نشان می دهند. سطوح تحمل به تنش خشکی و مکانیسم‌های محافظتی آنتی‌اکسیدانت‌ برای گیاهچه‌های 41 ژنوتیپ موتانت (m3) حاصل از ماده جهش‌زای اتیل متان سولفونات (ems) روی رقم برنج هاشمی بررسی شدند.مواد و روش‌ها: تنش خشکی در کشت هیدروپونیک با پلی‌اتیلن‌گلیکول 6000 (peg 6000) در سطح 10 بار به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد. در این آزمایش صفات مورفولویکی، محتوی رطوبت نسبی، پایداری غشاء سلولی، پرولین و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت مورد بررسی قرار گرفتند.یافته‌ها: همه ژنوتیپ‌های مورد مطالعه کاهش قابل توجهی در پارامترهای رشدی تحت تنش نشان دادند. بر اساس شاخص‌های مورفو‌فیزیولوژیکی، دو موتانت m29 و m122 به‌عنوان ژنوتیپ‌های موتانت امیدبخش متحمل به تنش خشکی معرفی شدند. این موتانت‌ها حداکثر افزایش را در طول ریشه بدون تغییر معنی‌دار در وزن ریشه و حجم ریشه در مقایسه با والد مادری در شرایط تنش نشان دادند و همچنین بهترین کارکرد را برای شاخص‌های فیزیولوژیکی مانند محتوی آب نسبی، پایداری غشای سلولی و محتوی پرولین در تنش آب تحت شرایط هیدروپونیک از خود نشان دادند. همزمان، فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدانی کاتالاز، پراکسیداز و اسکوربات پراکسیداز در ژنوتیپ‌های موتانت متحمل به خشکی بطور قابل توجهی در زمان تنش خشکی افزایش یافته، در حالی که با تنش خشکی در ژنوتیپ‌های موتانت حساس به خشکی کاهش داشته است. همچنین ژنوتیپ‌های موتانت m106 و m31 نیز با داشتن حداقل کارکرد در سطح تنش به‌عنوان حساس‌ترین ژنوتیپ معرفی شدند.نتیجه گیری: در این تحقیق مشخص شد، تجمع پرولین، افزایش زیست‌توده ریشه، افزایش پایداری غشاء و آنزیم‌های آنتی اکسیدانی مانند pox، apx وcat در شرایط تنش خشکی در تحمل به خشکی نقش دارند و می توانند در غربالگری برای تحمل به خشکی استفاده شوند. ژنوتیپ های موتانت شناسایی شده در این مطالعه برای تشریح بیشتر تحمل به تنش خشکی در برنج، مفید خواهند بود.

Determining the most Tolerant Genotypes of Hashemi Rice Mutant (M3) in Response to Drought Stress using of Physiological Growth Indices and Enzymatic Changes

Extended AbstractIntroduction and Objective: Abiotic stresses, especially drought, have a negative effect on crop growth and production. Plants display a variety of hysiological and biochemical responses both at the cellular and whole organism level upon sensing drought stress. Drought tolerance levels and antioxidant protection mechanisms were evaluated for 41 mutant genotypes seedlings (M3) induced of the ethyl methanesulfonate on Hashemi rice cultivar.Material and Methods: Drought was imposed in hydroponic culture with polyethylene glycol 6000 (PEG 6000) at the level of 10 bar using factorial experiment as completely randomized design. In this experiment the morphological characteristics of relative humidity content, electrolyte leakage, proline and antioxidant enzymes were investigated.Results: All the studied genotypes showed apparent decreases in growth characteristics under drought stress. Based on different morpho physiological parameters, two genotypes M29 and M122 were identified as promising drought tolerant mutant genotypes. They exhibited the maximum increase in root length without any significant changes in its root weight and root volume compared with the parent under stress and also showed better performance for various physiological parameters such as relative water content, cell membrane stability and proline content upon water stress under hydroponic conditions. Concomitantly, the activity of antioxidant enzymes catalase, peroxidase and ascorbate peroxidase in the droughttolerant mutant genotypes increased markedly during drought stress, while decreased by drought stress in the drought sensitive mutant genotypes. Also, M31 and M106 mutant genotypes were introduced as the most susceptible genotype with minimum performance at stress level.Conclusion: In this study it was found, proline accumulation, increase of root biomass, increase of membrane stability and antioxidant enzymes such as POX, APX and CAT during water stress are contributing to drought tolerance conditions and could be used in screening for drought tolerance. The mutant genotypes identified in this study will be useful for further dissection of water stress tolerance in rice.