تعیین محتوای رطوبت نسبی برگ دو ژنوتیپ کنجد با طیف سنجی مرئی- ‌مادون ‌قرمز نزدیک (vis/nir) برای تشخیص تنش‌ خشکی

محتوای رطوبت نسبی (rwc) در گیاهان یکی از مهم‌ترین پارامترهای بیوشیمیایی است و کمبود آن کارایی فتوسنتز و بهره‌وری محصول را محدود می‌کند. گزارش‌های علمی در مورد استفاده از طیف‌سنجی در تشخیص تنش خشکی برای گیاه کنجد بسیار نادر است. در این پژوهش، امکان شناسایی تنش خشکی در دو ژنوتیپ حساس (ناز تک شاخه) و مقاوم (یکتا) با پیش‌بینی rwc در برگ کنجد در شرایط تنش آبی با استفاده از شاخص‌های طیفی بررسی شد. از شاخص‌های طیفی توسعه‌یافته در قالب نسبت/تفاوت بازتاب به‌دست آمده از طیف بازتابش، محدود به ناحیه (1100–400 nm) (vis/nir) استفاده‌ شد. صد و پنجاه گلدان از هر یک از دو ژنوتیپ به طورتصادفی به سه گروه مساوی تقسیم شدند. گلدان ها در پتانسیل مکشی خاک 0/1- (آبیاری خوب)، 1- (تنش متوسط)، و 1/5- مگاپاسکال (تنش شدید) آبیاری شدند. سپس طیف‌سنجی بازتابشی از برگ‌های هر گلدان، در ناحیه نور مرئی و مادون قرمز نزدیک تهیه شد. rwc برگ نیز اندازه ; گیری‌شد. در اکثر موارد، روابط خطی بین rwc و میانگین سه باند طیف بازتابشی برگ شامل: سبز (520 تا 565 نانومتر)، قرمز (580 تا 760 نانومتر) و مادون‌قرمزنزدیک (760 تا 900 نانومتر)، و همچنین شاخص‌های‌ پوشش گیاهی تفاضلی نرمال شده (ndvi) و نسبت‌های طیفی (sr) استخراج شده از طیف بازتابشی، به ;دست آمد. نتایج نشان داد که میانگین بازتابش منطقه قرمز با ضرایب تبیین 0/80 و 0/78 و rmse 4/58 و 2/51، شاخص ndvi3 با ضرایب تبیین 0/80 و 0/79 و rmse 3/84 و 2/51 و همچنین نسبت sr با ضرایب تبیین 0/84 و 0/76 و rmse 3/40 و 2/66 به‌ترتیب برای دو ژنوتیپ یکتا و ناز تک‌شاخه، بهترین نتایج را برای پیش‌بینی محتوای رطوبت نسبی برگ ارائه دادند بنابراین، طیف‌سنجی vis/nir روشی سریع، تاحدی دقیق و غیرمخرب برای تشخیص شرایط آبی کنجد است. در شرایط تنش آبی، تغییرات شدیدتر rwc برگ در ژنوتیپ یکتا در مقایسه با ناز تک شاخه منجر به عملکرد بهتر شاخص‌های طیفی بازتابشی در تخمین محتوای رطوبت نسبی برگ در این ژنوتیپ شد. نتایج ارائه شده می‌تواند منجر به توسعه یک ابزار قابل‌حمل برای تشخیص سریع و غیرمخرب rwc برگ کنجد شود.

Determination of Leaf Relative Water Content of Two Geypes of Sesame Using Visible and Near- Infrared (VIS/NIR) Spectrometry to Detect Drought Stress

Relative water content (RWC) in plants is one of the most important biochemical parameters and its deficiency limits efficiency of photosynthesis and crop productivity. The scientific reports on using spectroscopy in detecting drought stress for sesame plants are very rare. In this study, the possibility of identifying water stress in two sensitive (NazTakshakhe) and resistant (Yekta) geypes by predicting the RWC in sesame plants under waterstressed conditions using spectral indices was investigated. The developed spectral indices in the form of the ratio/difference of the reflectance derived from the leaf diffuse reflectance spectra, limited to the VisibleNear Infrared (Vis/NIR) region (400 -1100 nm), were used. One hundred and fifty pots from each of the two geypes were randomly divided into three equal groups. Pots were irrigated at soil water potential of minus;0.1 MPa (wellwatered), minus;1.0 MPa (moderatewater stressed), and minus;1.5 MPa (severewater stressed). The Vis/NIR spectra were then obtained from the leaves of each pot. Leaf RWC was also measured. In most cases, linear relationships between the RWC and the means of the three band reflectance spectra including: green (520 to 565 nm), red (580760 nm) and nearinfrared (760 to 900 nm), as well as normalized difference vegetation indices (NDVIs), and spectral ratios (SRs) extracted from the reflectance spectra were obtained. The results showed that the mean reflection of the red zone with the coefficients of determination of 0.80 and 0.78 and RMSE of 4.58 and 2.51, NDVI3 with the coefficients of determination of 0.80 and 0.79 and RMSE of 3.84 and 2.51, and also, SR with the coefficients of determination of 0.84 and 0.76 and RMSE of 3.40 and 2.66 for both ldquo;Yekta rdquo; and ldquo;NazTakshakhe rdquo; geypes, respectively, provided the best results for predicting the RWC of the leaves. Therefore, the Vis/NIR spectroscopy is a fast, somewhat accurate and nondestructive method for detecting sesame water conditions. Under waterstressed conditions, more severe changes in the RWC of the ldquo;Yekta rdquo; geype compared to ldquo;NazTakshakhe rdquo;, led to better performance of the reflectance spectral indices in estimating the RWC of the leaf in this geype. The presented results can lead to the development of a reliable and portable tool for rapid and nondestructive detection of RWC of the sesame leaves.