پاسخ صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی جو (hordeum vulgare l.) به تنش شوری تحت شرایط کشت هیدروپونیک

مقدمه: جو (hordeum vulgare l.) یک گونه زراعی مقاوم به شوری است که اهمیت اقتصادی بالایی در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان دارد. تنش شوری یک تنش چندگانه است که علت اصلی آن، عمدتاً غلظت بالای یون سدیم است. تنش اسمزی، جذب آب توسط ریشه­‌های گیاه را کاهش می‌دهد و در نتیجه منجر به اختلالات فیزیولوژیک مختلف از جمله کاهش فعالیت‌های فتوسنتزی و کاهش تجمع گونه‌های اکسیژن فعال در سلول می‌شود. فرایندهای بیوشیمیایی کلیدی و مهمی در سطح سلولی وجود دارد که گیاهان از آن‌ها برای ایجاد تحمل به شوری استفاده می‌کنند. تنش شوری تاثیرات فیزیولوژیک مهمی به‌دنبال دارد که از آن جمله می‌توان به از دست دادن فشار تورژسانس و تنظیمات اسمزی، کاهش سرعت جوانه‌زنی، کاهش پتانسیل آب برگ، کاهش غلظت co2 داخلی، کاهش هدایت روزنه‌ای co2 و کاهش سرعت فتوسنتز خالص اشاره کرد. همچنین، در سطح بیوشیمیایی نیز تنش شوری موجب افزایش تجمع پرولین، گلایسین بتائین، قندها و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و کاهش فعالیت‌های روبیسکو و کاهش تجمع گونه‌های اکسیژن فعال یا نسبت na+/k+ می‌شود. در این آزمایش، ویژگی‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی رقم‌های جو تحت شرایط بدون تنش و تنش شوری nacl در سیستم کشت هیدورپونیک با هدف شناسایی رقم‌های متحمل به شوری ارزیابی شد.مواد و روش‌ها: به‌منظور ارزیابی پاسخ صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی جو به تنش شوری، چهار رقم جو (ریحان3، فجر30، نصرت و دشت) در چهار سطح شوری (صفر، 100، 200 و 300 میلی‌مولار nacl) تحت شرایط کشت هیدروپونیک مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمایش به‌صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی گروه بیوتکنولوژی دانشکده کشاورزی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان انجام شد. دو هفته پس از اعمال شوری، بخش هوایی و ریشه گیاهچه‌ها، تفکیک و وزن تر و خشک بخش هوایی و ریشه اندازه‌گیری شد. همچنین، صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی نظیر ﻣﺤﺘﻮای ﻧﺴﺒﯽ آب، نسبت یون­‌های k+/na+، تنظیم کننده‌های اسمزی (قندهای محلول، گلایسین بتائین، پرولین)، پراکسید هیدروژن، آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و رنگدانه‌های فتوسنتزی (کارتنوئیدها، کلروفیل‌های a و b) به‌تفکیک در ریشه و بخش هوایی ارقام جو اندازه‌گیری شد. یافته‌های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس داده‌ها نشان داد که تفاوت معنی‌داری بین رقم‌های جو از نظر تمامی صفات اندازه‌گیری شده و همچنین بین سطوح تنش شوری و برهمکنش رقم × تنش شوری از نظر همه صفات، به‌جز میزان گلایسین بتائین ریشه، وجود داشت. نتایج نشان داد که تنش شوری باعث کاهش ﻣﺤﺘﻮای ﻧﺴﺒﯽ آب، وزن خشک اندام‌های هوایی، رنگدانه‌های فتوسنتزی و نسبت k+/na+ و افزایش قندهای محلول، گلایسین بتائین، پرولین، h2o2، کاتالاز و پراکسیداز در ریشه و اندام هوایی ارقام جو شد. نتایج مقایسه میانگین‌ها و تجزیه به مولفه‌های اصلی نشان داد که رقم نصرت و پس از آن رقم فجر30 دارای ﻣﺤﺘﻮای ﻧﺴﺒﯽ آب، وزن خشک اندام­های­ هوایی، رنگدانه‌های فتوسنتزی، نسبت k+/na+ و میزان کاتالاز و پراکسیداز بالاتری در ریشه و اندام هوایی بودند و نسبت به سایر ارقام، تحمل بیش‌تری به تنش شوری نشان دادند.نتیجه‌گیری: نتایج این آزمایش نشان داد که اثر سطوح تنش شوری و رقم‌های جو و همچنین برهمکنش رقم × تنش شوری بر ویژگی‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی اندازه‌گیری شده معنی‌دار بود. مقایسه رقم‌های جو مورد مطالعه نیز نشان داد که دو رقم نصرت و فجر30 تحمل بیش‌تری به تنش شوری داشتند و از این‌رو به‌نظر می‌رسد که برای محیط‌های شور مناسب‌تر از دو رقم دیگر باشند.

the physiological and biochemical responses of barley (hordeum vulgare l.) to salinity stress under hydroponic system

introductionbarley (hordeum vulgare l.) is a salinity tolerant crop species that has high economic value in arid and semi-arid regions of the world. salinity stress is a multiple stress and it is mainly caused by high concentration of sodium ions. osmotic stress reduces water absorption by plant roots, and leads to various physiological disturbances, such as reduction of photosynthetic activities and accumulation of reactive oxygen species. there are key biochemical processes at the cellular level that plants use to develop salinity tolerance. salinity stress has important physiological effects, including loss of turgorescence pressure and osmotic adjustments, and reduction of germination rate, leaf water potential, internal co2 concentration, co2 stomatal conductance, and net photosynthesis rate. also at the biochemical levels, salinity stress increases the accumulation of proline, glycine betaine, sugars and antioxidant enzymes, and reduces the rubisco activities and accumulation of reactive oxygen species or na+ /k+ ratio in the plants. in this experiment, the physiological and biochemical characteristics of barley varieties with the aim of identifying salinity tolerant varieties were evaluated under non-stress and nacl stress conditions in the hydroponic system.materials and methodsto investigate the physiological and biochemical response of barley to salinity stress, four barley varieties (reyhan3, fajr30, nosrat and dasht) were assessed at four levels of salinity stress (0, 100, 200, and 300 mm nacl) under a hydroponic system. the experiment was conducted as a factorial experiment in completely randomized design with three replications in research greenhouse of department of biotechnology, faculty of agriculture, azarbaijan shahid madani university, tabriz, iran. two weeks after application of salinity stress, shoot and root of seedlings were separated and measured fresh and dry weight. also, physiological and biochemical characteristics such as relative water content (rwc), ratio of k+/na+ ions, osmotic regulators (soluble sugars, glycine betaine, proline), hydrogen peroxide (h2o2) and antioxidant enzymes, as well as non-antioxidants enzymes such as photosynthetic pigments (carotenoids, a and b chlorophylls) were separately measured in shoot and root of barley varieties.research findingsthe results of analysis of variance showed that there was a significant difference among the barley varieties for all measured traits. also, the effects of salinity stress levels and variety × salinity stress interaction were significant on all studied traits, except for glycine betaine in the root. the results indicated that the salinity stress reduced rwc, shoot dry weight, photosynthetic pigments and k+/na+ ratio, while increased the soluble sugars, glycine betaine, proline, h2o2, catalase and peroxidase in the root and shoot of barley varieties. the results of comparison of means and principal components analysis showed that nosrat variety followed by fajar30 variety had the higher rwc, shoot dry weight, photosynthetic pigments, k+/na+ ratio, and catalase and peroxidase levels in the roots and shoot, and showed more tolerance to salinity stress compared to the other two varieties.conclusion the results of this experiment showed that the effects of salinity stress levels and barley varieties, as well as variety × salinity stress interaction on the measured physiological and biochemical characteristics were significant. comparison of the studied barley varieties also indicated that two varieties, nosrat and fajar30, were more tolerant to salinity stress, so it seems that these varieties are more suitable for salinity prone environments.