شناسایی و ارزیابی ارقام مختلف سویا و بررسی تغییرات بیوشیمیایی رقم مقاوم و حساس آن‌ها در تعامل با قارچ macrophomina phaseolina

مقدمه و هدف: سویا (glycine max l.) به‎ عنوان یکی از مهم‌ترین و راهبردی‌ترین محصولات کشاورزی در سطح جهان جایگاه ویژه‌ای دارد. این گیاه نه‎ تنها نقش اساسی در تامین نیازهای غذایی انسان مانند پروتئین‌های گیاهی و روغن‌های خوراکی دارد بلکه در صنایع مختلف نیز کاربردهای گسترده‌ای دارد. با این‎ حال، تولید این محصول همواره با محدودیت‌هایی مواجه بوده است. یکی از چالش‌های جدی که تولید سویا را به‎ شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد، بیماری پوسیدگی ذغالی است که توسط قارچphaseolina macrophomina  ایجاد می‌شود. خسارات ناشی از این بیماری می‌توانند بسیار قابل‌توجه باشند. در برخی از موارد گزارش شده است که این بیماری باعث کاهش عملکرد تا 50 درصد در مزارع سویا شده است. برای مدیریت این بیماری، تاکنون تلاش‌های گوناگونی از جمله بهره‌گیری از روش‌های بهینه کشت، تیمار بذرها با قارچ‌کش‌ها و کنترل بیولوژیکی مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. با این ‎حال، نتایج حاصله معمولاً کوتاه‌مدت بوده‌اند و نتوانسته‌اند به‎ طور پایدار مشکل را حل کنند. بنابراین، یکی از راهبردهای ضروری و کلیدی برای مدیریت موثر بیماری پوسیدگی ذغالی، تمرکز بر تقویت مقاومت ژنتیکی میزبان است. این استراتژی نه ‎تنها امکان کاهش خسارات اقتصادی را فراهم می‌آورد، بلکه پایداری تولید سویا را نیز تضمین می‌کند. این پژوهش با هدف جامع شناسایی ارقام مقاوم سویا، تحلیل دقیق سازوکارهای کلیدی مقاومت گیاه و ارزیابی فعالیت آنزیمی مرتبط با این مقاومت طراحی و اجرا شده است.مواد و روش ‎ها: ابتدا، نمونه‌برداری از گیاهان دارای علائم پوسیدگی ذغالی از مزارع مختلف سویا در استان مازندران انجام شد. سپس قارچ عامل بیماری جداسازی و خالص‌سازی گردید و از طریق روش‌های مولکولی و مورفولوژیکی شناسایی شد. در مرحله بعدی پژوهش، شش رقم تجاری سویا برای پیدا کردن رقم مقاوم و حساس تهیه و کشت شدند و پس از رسیدن به مرحله شش برگی، گیاهچه‌ها به قارچ آلوده شدند و میزان شدت بیماری‌زایی پس از دو هفته بررسی شد. در نتیجه، ارقام مقاوم و حساس شناسایی و برای مراحل بعدی انتخاب گردیدند. ارقام منتخب مقاوم و حساس دوباره کشت شدند و پس از تیمار با در مرحله شش‌برگی با سوسپانسیون اسپور قارچhaseolina pm. ، نمونه‌برداری در زمان‌های مختلف پس از آلودگی (0، 24، 48، 72، 96 و 144 ساعت) انجام گردید. عصاره‌های گیاهی استخراج و فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز مورد ارزیابی قرار گرفت.یافته‌ها: بر اساس ویژگی‌های پرگنه‌های قارچی و مولکولی (its4/5)، جدایه‌ عامل بیماری به‌عنوان قارچ haseolina pm.  شناسایی شد. بر اساس نتایج غربالگری انجام شده میان شش رقم سویا، رقم jk کمترین میزان آلودگی و رقم sahar بیشترین میزان آلودگی را نشان دادند؛ بنابراین، این ارقام به‌ترتیب به‌عنوان مقاوم‌ترین و حساس‌ترین ارقام شناخته شدند. نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان دادند که فعالیت آنزیم‌های cat، pox و apx در تمامی منابع تغییرات معنی‌داری داشت. بررسی فعالیت آنزیم کاتالاز نشان داد که در ارقام jk و sahar، پس از آلودگی قارچی، میزان فعالیت این آنزیم به‎ طور تدریجی در فواصل زمانی 24، 48 و 72 ساعت پس از بروز آلودگی افزایش یافت. با این‎‎حال، میزان فعالیت کاتالاز در زمان اوج در رقم مقاومjk  حدود 63/1 برابر بیشتر از رقم حساس sahar در زمان مشابه بود. فعالیت آنزیم پراکسیداز نیز در واکنش به آلودگی ناشی از قارچ در هر دو رقم مورد بررسی، یعنیjk  وsahar ، افزایش یافت. اوج فعالیت آنزیم پراکسیداز در رقم مقاوم jk در 96 ساعت پس از آلودگی مشاهده گردید که این میزان، 5/47 برابر فعالیت نسبت به زمان صفر بود. در مقابل، رقم حساسsahar  بیشترین سطح فعالیت خود را در 144 ساعت پس از آلودگی نشان داد که این سطح، 2/85 برابر میزان اولیه در زمان صفر ثبت شد. فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز در رقم مقاوم jk پس از آلودگی به قارچ تا 72 ساعت به ‎طور مستمر افزایش یافت و سپس روندی کاهشی را طی کرد. بالاترین سطح فعالیت آنزیم در رقم jk مربوط به 72 ساعت بود که تقریباً 2/38 برابر میزان شاهد اندازه‌گیری شد اما در رقم حساس sahar، فعالیت این آنزیم به‎ صورت تدریجی پس از آلودگی افزایش یافت و حداکثر سطح خود را در 144 ساعت پس از آلودگی نشان داد که معادل 1/47 برابر میزان اولیه در زمان صفر ثبت گردید.نتیجه‌گیری: نتایج حاکی از تفاوت‌های عملکرد آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی میان ارقام مقاوم و حساس هستند که واکنش‌های متفاوت گیاه را در برابر تنش ناشی از قارچ عامل بیماری نشان می ‎دهند. بر اساس تحلیل‌های انجام‌شده و یافته‌های به‌دست‌آمده، رقم jk با فعالیت بالاتر آنزیم‌هایی نظیر کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز و پراکسیداز، در شرایط بیماری پوسیدگی ذغالی عملکرد بهتری نسبت به سایر ژنوتیپ‌های سویا نشان داد، که نشانه‌ای از تحمل بیشتر این رقم در برابر بیماری مذکور است. با توجه به این که تاکنون هیچ رقم کاملاً مقاومی نسبت به این بیماری شناسایی نشده است، می‌توان با ارزیابی سطح فعالیت سیستم آنزیمی و سازوکارهای دفاعی در برابر این بیماری، ژنوتیپ‌هایی را که در این زمینه برتری دارند شناسایی کرد و به‌عنوان ارقام متحمل برای کشت در مناطق آلوده توصیه نمود. 

identification and evaluation of various soybean cultivars, along with an examination of biochemical changes in both their resistant and sensitive cultivars when interacting with the fungus macrophomina phaseolina

extended abstractbackground: soybean (glycine max l.) holds a crucial position as one of the most significant and strategic agricultural products globally. this plant serves a vital purpose in fulfilling human nutritional demands by providing vegetable proteins and edible oils, while also finding extensive use across multiple industries. however, soybean production consistently faces considerable challenges. one of the most serious threats to soybean yields is charcoal rot disease, caused by the fungus macrophomina phaseolina. losses attributed to this disease can be substantial; in certain instances, the disease has been known to reduce soybean yields by as much as 50%. managing this disease has involved various strategies, including the implementation of optimal cultivation techniques, seed treatment with fungicides, and the application of biological control methods. however, the results obtained have usually been limited or short-term and have failed to permanently solve the problem. therefore, one of the essential and key strategies for effectively managing charcoal rot disease is to focus on strengthening the genetic resistance of the host. this strategy not only provides an opportunity to reduce economic losses but also ensures the sustainability of soybean production. this research has been designed and implemented with the overall objective of identifying resistant soybean cultivars, analyzing the key mechanisms of plant resistance, and evaluating the enzymatic activity associated with this resistance.methods: initially, soybean plants showing symptoms of charcoal rot were collected from different fields in mazandaran province. the fungal pathogen was then isolated, purified, and identified using both molecular and morphological methods. in the subsequent phase of the study, six commercial soybean cultivars were selected, cultivated, and evaluated to identify resistant and susceptible varieties. once the seedlings reached the six-leaf stage, they were inoculated with the fungus, and the severity of pathogenicity was assessed 2 weeks later. the selected resistant and susceptible cultivars were re-planted and treated with a suspension of m. phaseolina fungal spores at the six-leaf stage. samples were collected at various time points post-inoculation (0, 24, 48, 72, 96, and 144 hours)., then, the activities of the enzymes catalase (cat), peroxidase (pox), and ascorbate peroxidase (apx) were evaluated in prepared plant extracts.results: based on the characteristics of fungal and molecular clones (its4/5), the causative isolate was identified as m. phaseolina. screening results among six soybean cultivars revealed that cultivars jk and sahar exhibited the lowest and the highest levels of contamination, respectively. consequently, these cultivars were identified as the most resistant and the most sensitive, respectively. the analysis of variance revealed significant differences in the activity levels of the cat, pox, and apx enzymes across all sources. the analysis of cat activity showed that the activity level of this enzyme increased gradually in jk and sahar cultivars, in intervals of 24, 48, and 72 hours after fungal contamination. however, the amount of cat activity at the peak time in the resistant cultivar jk was about 1.63 times higher than that of the sensitive cultivar sahar at the same time. the activity of pox also increased in response to fungal contamination in both studied cultivars, namely jk and sahar. the peak activity of pox was observed in the resistant cultivar jk at 96 hours after infection, which was 5.47 times the activity compared to zero time. on the other hand, the sensitive cultivar sahar showed its highest activity level at 144 hours after contamination, which is 2.85 times the initial level recorded at zero time. the activity of the apx enzyme increased continuously in the resistant cultivar jk 72 hours after being infected with the fungus and then underwent a decrease. the highest level of apx activity in cultivar jk was measured at 72 hours, which was approximately 2.38 times the control level. in the sensitive cultivar sahar, the activity of this enzyme increased gradually after infection and reached its maximum level at 144 hours after infection, showing an increase of 1.47 times the initial amount recorded at zero time.conclusion: the results indicate differences in the performance of antioxidant enzymes between resistant and susceptible cultivars, reflecting varying plant responses to stress caused by the pathogenic fungus. based on the analyses and findings, the jk cultivar, which exhibits higher activities of cat, apx, and pox enzymes, has demonstrated superior performance to other soybean genotypes under the conditions of charcoal rot disease; this suggests a greater tolerance of the jk cultivar to the disease. since no cultivars have been identified as completely resistant to this disease so far, it is possible to identify genotypes that excel in this area by evaluating the activity levels of their enzyme systems and defense mechanisms against the disease. these genotypes can then be recommended as tolerant cultivars for cultivation in infected areas.