تنوع اکوتیپی منداب (‏Eruca sativa L.‎‏) در تحمل به شوری کلرید سدیم در مرحله جوانه‌زنی وگیاه کامل ‏

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ژنتیک و تولید گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان

2 ‏گروه ژنتیک و تولید گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی عصر رفسنجان

چکیده

سابقه و هدف: شوری‎ ‎یکی‎ ‎از‎ ‎مهمترین‎ ‎تنش‌های‎ ‎محیطی‎ ‎است‎ ‎که‎ ‎در‎ ‎مناطق‎ ‎خشک‎ ‎دنیا‎ ‎نظیر‎ ‎ایران‎ ‎تولید‎ ‎محصول‎ ‎را‎ ‎محدود‎ ‎می-‏نماید. به‌منظور برآورده کردن نیازهای غذایی جمعیت در حال رشد جهان، استفاده از زمین‌های حاشیه‌ای که معمولا قدرت باروری ‏پایینی دارند و به درجات مختلفی تحت تاثیر تنش‌های عناصر غذایی، شوری و ... هستند، برای تولید محصولات جایگزین بدون ‏کاهش چشمگیر در ارزش اقتصادی محصول اصلی، راهکاری عملی به نظر می‌رسد. منداب (‏Eruca sativa‏) به‌عنوان یکی از ‏گیاهان بسیار کهن بومی خاورمیانه سازگاری بسیار بالایی به شرایط گرم و خشک این منطقه دارد. این گیاه می‌تواند به‌عنوان کود ‏سبز یا گیاه پوششی نقش مهمی در حفاظت خاک در زمین‌های آیش و همچنین برنامه‌های تناوب داشته باشد. با این حال دانش ‏چندانی در مورد تحمل به شوری منداب در مرحله جوانه‌زنی و مراحل رشدی و گیاه کامل وجود ندارد. این آزمایش با هدف ‏بررسی واکنش شاخص‌های جوانه‌زنی و اجزا عملکرد چند اکوتیپ محلی منداب به شوری و شناسایی اکوتیپ‌های متحمل به ‏شوری به‌منظور استفاده در برنامه‌های به‌نژادی احتمالی انجام شد
مواد و روش‌ها: این پژوهش در چارچوب دو آزمایش جداگانه انجام شد. در آزمایش اول در چارچوب طرح کاملا تصادفی ‏به‌صورت فاکتوریل دو عاملی و با چهار تکرار، درصد و سرعت جوانه‌زنی و بنیه بذر هفت اکوتیپ محلی گردآوری شده از دو ‏استان کرمان و فارس به نام‌های سیرجان، بردسیر، ریگان، شهداد، آباده، دهمورد و درجوه در شوری‌های شاهد (آب‌مقطر)، 3، 6، ‏‏9، 12، 15 و 18 ‏دسی‌زیمنس بر متر اندازه‌گیری شد. در آزمایش دوم در چارچوب طرح کاملا تصادفی با دو فاکتور و سه تکرار ‏همان اکوتیپ‌ها در شرایط نیمه‌مزرعه‌ای درون باکس‌های سیمانی و در خاکی غیرشور (8/1 دسی‌زیمنس بر متر) کاشته شدند و تا ‏مرحله چهار برگی با آب شهر آبیاری شدند. سپس اعمال شوری با آب شور برای رسیدن به سطح شوری 4، 8 و 12 دسی‌زیمنس ‏بر متر انجام شد. در هر دو آزمایش شوری با حل کردن غلظتهای مختلف نمک کلرید سدیم در آب بدست آمد. در پایان فصل ‏رشد عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت به همراه ارتفاع ساقه و تعداد دانه در خورجین اندازه‌گیری شدند. برخی ‏شاخص‌های تنش، برای اکوتیپ‌ها محاسبه شد و بر اساس تحلیل همبستگی و بای‌پلات نتایج تفسیر شد. ‏
یافته‌ها: در همه اکوتیپ‌ها، درصد و سرعت جوانه‌زنی و همچنین بنیه گیاهچه با افزایش شوری از سطح شاهد به 18 دسی‌زیمنس ‏برمتر کاهش یافت اما از این لحاظ بین اکوتیپ‌ها تفاوت قابل توجهی وجود داشت. سرعت جوانه‌زنی و بنیه گیاهچه در اثر ‏تیمارهای شوری بسیار بیشتر از درصد جوانه‌زنی کاهش یافتند. بر اساس روش نمره‌دهی، سیرجان، درجوه و بردسیر به‌ترتیب ‏به‌عنوان اکوتیپ‌های برتر، متوسط و ضعیف از نظر تحمل به شوری شناسایی شدند. در آزمایش نیمه‌مزرعه‌ای واکنش اکوتیپ‌ها ‏بسیار متفاوت بود و اکوتیپ شهداد هم در شرایط شاهد و هم در شوری 12 دسی‌زیمنس بر متربالاترین عملکرد دانه و بیولوژیک را ‏نشان داد. از نظر مقدار عددی اکوتیپ شهداد و درجوه به‌ترتیب بیشترین و کمترین مقدارهای ‏STI، ‏GMP، ‏HM‏ و ‏MP‏ را به‌خود ‏اختصاص دادند. تحلیل بای‌پلات نیز نشان داد که شهداد بیشترین عملکرد دانه و کمترین حساسیت به شوری را دارد.‏
نتیجه‌گیری: تنوع ژنتیکی قابل توجهی بین اکوتیپ‌ها از نظر تحمل به شوری در مرحله جوانه‌زنی و گیاه کامل مشاهده شد. با ‏این‌حال واکنش اکوتیپ‌ها در این دو مرحله متفاوت بود که نشان می‌دهد سازوکارهای تحمل به شوری در مراحل نموی مختلف ‏متفاوت است و ممکن است ارتباط نزدیکی با مبداء جغرافیایی – اقلیمی بذر نداشته باشد. بر اساس نتایج به نظر می‌رسد منداب در ‏گروه گیاهان نیمه متحمل به شوری قرار داشته باشد و از این‌رو امکان کشت وکار آن به‌عنوان گیاه فرعی در برخی از خاک‌های ‏شور وجود داشته باشد.‏

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Ecotypic variation in NaCl salinity tolerance of rocket (Eruca sativa L.) in germination ‎stage and whole plant

نویسندگان [English]

  • Fatehmeh Shariatinia 1
  • Arman Azari 1
  • Asghar Rahimi 1
  • Azadeh Jafari 2
  • Shahab Madahhosseini 1
1 Genetic and Plant Production Department, Vali-e-Asr University of Rafsanjan,, Iran
2 Genetic and Plant Production Department, Faculty of Agriculture, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Salinity is one of the major abiotic stresses limiting crop ‎productivities in arid regions of the world like Iran. In order to meet the food demand for ‎growing population, utilization of marginal fields which are typically areas of lower ‎productivity and show some extents of nutrition imbalance and salinity to grow alternate ‎crops like promising oil crops without substantial decrease in economic value of cash crop ‎seems a practical approach. Rocket (Eruca sativa L.) is an old native plant well adapted to ‎warm, dry climates of the Middle East region. It can play a role in crop rotation programs as ‎green manure and/or cover crop to conserve soils in fallow lands. Nonetheless, little is known ‎about its response to salt stress. This study aimed to evaluate main germination characteristics ‎and yield components of some local Eruca sativa ecotypes and identify salt-tolerant ecotypes ‎in order to use in breeding programs. ‎
Materials and Methods: This study was conducted as two separate experiments. In the ‎first experiment, germination percentage and rate and seed vigor of seven ecotypes of rocket ‎named based on the region of collection as Sirjan, Bardsir, Rigan, Shahdad, Abadeh, ‎Dehmurd and Darjaveh were assayed in a completely randomized design with two factors ‎and four replicates. Salinity (NaCl) treatments were control (distilled water), 3, 6, 9, 12, 15 ‎and 18 dS/m. In the second experiment, seeds of the same ecotypes as the first experiment ‎were sown outdoor in cement boxes filled with soil (EC=1.8 dS/m) as semi-filed condition ‎and watered normally until 4-leaf stage when treatments applied by salinized water to achieve ‎‎4, 8 or 12 dS/m. At the end of growing season, shoot biomass, grain yield, plant height and ‎number of capsules were measured. Some stress indices were calculated and results were ‎discussed by correlation and biplot analysis. ‎
Results: Final Germination percentage and rate as well as seed vigor decreased by increasing ‎salinity in all ecotypes, although magnitude of response greatly differed among ecotypes. ‎Germination rate and seed vigor were much more affected by the adverse effects of salinity. ‎Based on scoring method, Sirjan, Bardsir and Darjaveh were identified as superior, inferior ‎and moderate ecotypes in terms of salinity tolerance, respectively. In the semi-field ‎experiment, however, responses of ecotypes to salinity were quite different to those of ‎germination as Shahdad showed the highest grain yield and shoot biomass both in the control ‎and 12 dS/m treatments. Shahdad also showed the highest values for STI, GMP, MP and HM ‎while Darjave being the lowest. Biplot analysis confirmed that Shahdad was the ecotype with ‎the highest grain yield and lowest salinity susceptibility.‎
Conclusion: Significant ecotypic variations were observed in terms of salinity response both ‎in germination stage and whole plant growth, though ecotypes responded differently to ‎salinity, indicating tolerance mechanisms may differ among developmental stages and not ‎closely related to geographic and climatic origin of seeds. Results suggest that rocket is semi-‎tolerant to salinity and could be a potential subsistence crop for cultivation in some saline ‎soils.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biplot
  • Germination
  • Stress indices
  • Tolerance
  • Yield

مراجع

  1. Ashraf, M. 1994. Organic substances responsible for salt tolerance in Eruca sativa. Biol. Planta. 36: 2. 255-259.
  2. Ashraf, M., and Mc Neilly, T. 2004. Salinity tolerance in Brassica oilseeds. Critic. Rev. Plant. Sci. 23: 2. 157-174.
  3. Ashraf, M., and Noor, R. 1993. Growth and pattern of ion uptake in Eruca sativa Mill under salt stress. Angewandte Bot. 67: 2. 17-21.
  4. Ashraf, M.Y., and Sarwar, G. 2002. Salt tolerance potential in some members of Brassicaceae physiological studies on water relations and mineral contents. P: 237-245, In: R. Ahmad and K.A. Malik (eds), Prospects for saline agriculture. Springer Netherlands.
  5. Aktas, H., Abak, K., and Cakmak, I. 2006. Genotypic variation in the response of pepper to salinity. Sci. Hort. 110: 3. 260-266.
  6. Azari, A., Modares Sanavi, S., Askari, H., Ghanati, F., Naji, A., and Alizadeh, B. 2012. Effect of salt stress on morphological and physiological traits of two species of rapeseed (Brassica napus and rapa). Iran. J. Crop. Sci. 14: 2.121-135. (In Persian)
  7. Barbieri, G., Bottino, A., Di Stasio, E., Vallone, S., and Maggio, A. 2011. Proline and light as quality enhancers of rocket (Eruca sativa Mill) grown under saline conditions. Sci. Horti. 128: 4. 393-400.
  8. Baskin, J., and Baskin, C. 2004. A classification system for seed dormancy. Seed Sci Res. 14: 1. 1-16.
  9. Blum, A. 2011. Drought resistance- is it really a complex trait. Func. Plant. Biol. 38: 10. 753-757.
  10. Bouslama, M., and Schapaugh, W. 1984. Stress tolerance in soybean. Part 1: Evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance. Crop. Sci. 24: 5. 933-937.
  11. Doležalová, I., Duchoslav, M., and Dušek, K. 2013. Biology and yield of rocket (Eruca sativa ) under field conditions of the Czech Republic (Central Europe). Notulae Botanicae Horti. Agro. Cluj-Napoca. 41: 2. 530-537.
  12. El-Hendawy, S., Hassan, W., Al-Suhaibani, N., and Schmidhalter, U. 2017. Spectral ‎assessment of drought tolerance indices and grain yield in advanced spring wheat lines grown under ‎full and limited water irrigation. Agric. Water Manage. 182: 3. 1-12.
  13. Ellis, R., and Roberts, E. 1980. Towards a rational basis for testing seed quality. P: 605-635, In: D. Butterworth (eds), Seed production, University of Nottingham, London.
  14. Fallahi, H., Fadaeian, G., Gholami, M., Daneshkhah, O., Hosseini, F., Aghhavani-Shajari, ‎, ‎and‎ Samadzadeh, A. 2015. Germination response of grass pea (Lathyrus sativus L.) and ‎arugula ‎‎ (Eruca sativa L.) to osmotic and salinity stresses. Plant Breed. Seed. Sci. ‎‎71: 4. 97-108. ‎
  15. Farshadfar, A., and Javadinia, J. 2011. Evaluation of chickpea (cicer arietinum ) genotypes for drought tolerance. Seed Plant Improve. J. 27: 4. 517-537. (in Persian)
  16. Fernandez, G. 1992. Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. P: 257-270, In: International Symposium on Adaptation of Vegetable and other Food Crops in Temperature and Water Taiwan.
  17. Fischer, R., and Maurer, R. 1978. Drought resistance in spring wheat cultivars: I. Grain yield responses. Aust. J. Agric. Res. 29: 5. 897-912.
  18. Garg, G. and Sharma, V. 2014. Eruca sativa (L.): botanical description, crop improvement, and medicinal properties. J. Herb. Spice. Medicin. Plants. 20: 2. 171-182.
  19. Ghobadi, M., Bakhshandeh, M., Fathi, G., Gharineh, M., Alami-Said, K., Naderi, A., and Ghobadi, M. 2006. Short and long periods of water stress during different growth stages of canola (Brassica napus): effect on yield, yield components, seed oil and protein contents. J. Agron. 5: 2. 336-342.
  20. Gholipouri, A., Sedghi, M., Sharifi, R., and Nazari, N. 2009. Evaluation of drought tolerance ‎indices and their relationship with grain yield in wheat cultivars. Rec. Res. Sci. ‎ 1: 4. 195-198. ‎
  21. Hamilton, J.M., and Fonseca, J.M. 2010. Effect of saline irrigation water on antioxidants in three hydroponically grown leafy vegetables: Diplotaxis tenuifolia, Eruca sativa, and Lepidium sativum. Hortsci. 45: 4. 546-552.
  22. Khan, M.A., and Gul, B. 2006. Halophyte seed germination. P: 11-30, In D.J. Webber (eds), Ecophysiology of high salinity tolerant plants. Springer. Netherlands.
  23. Khan, M.A., and Weber, D.J. 2006. Ecophysiology of high salinity tolerant plants. Springer, Netherlands, Pp: 153-167.
  24. Krishnamurthy, S.L., Gautam, R.K., Sharma, P.C., and Sharma, D.K. 2016. Effect of different ‎salt stresses on agro-morphological traits and utilization of salt stress indices for reproductive stage ‎salt tolerance in rice. Field Crop. Res. 190: 1. 26-33.
  25. Kristin, A.S., Senra, R.R., Perez, F.I., Enriquez, B.C., Gallegos, J.A.A., Vallego, P.R., Wassimi, N., and Kelley, J.D. 1997. Improving common bean performance under drought stress. Crop. Sci. 37: 1. 43-50.
  26. Kumar, G., Purty, R.S., Sharma, M.P., Singla-Pareek, S.L., and Pareek, A. 2009. Physiological responses among Brassica species under salinity stress show strong correlation with transcript abundance for SOS pathway-related genes. J. Plant. Physiol. 166: 5. 507-520.
  27. Maguire, J.D. 1962. Speed of germination—aid in selection and evaluation for seedling emergence and vigor. Crop. Sci. 2: 2. 176-177.
  28. Mansouri, I., Najafi Zarini, H., Babeian Jelodar, N., and Pakdin, A. 2019. Evaluation of Salt ‎tolerance in some canola (Brassica napus) genotypes under normal and salt stress conditions. ‎J. Crop. Breed. 11: 30. 23-36.
  29. Matthees, H.L., Thom, M.D., Gesch, R.W., and Forcella, F. 2018. Salinity tolerance of germinating alternative oilseeds. Ind Crop. Prod. 113: 3. 358-367.
  30. Miceli, A., Moncada, A., and D'Anna, F. 2003. Effect of water salinity on seeds-germination ‎of ‎Ocimum ‎basilicum L., Eruca sativa and Petroselinum hortense Hoffm. Acta. ‎Hort. ‎‎609: 4.365-370.‎
  31. Monti, A., Venturi, P., and Elbersen, H. 2001. Evaluation of the establishment of lowland and upland switchgrass (Panicum virgatum ) varieties under different tillage and seedbed conditions in northern Italy. Soil. Till. Res. 63: 2. 75-83.
  32. Negrão, S., Schmöckel, S., and Tester, M. 2017. Evaluating physiological responses of plants to ‎salinity stress. Ann. Bot. 119: 1. 1-11.
  33. Opoku, G., Davies, F., Zetina, E., and Gamble, E. 1996. Relationship between seed vigour and yield of white beans (Phaseolus vulgaris ). Plant Var. Seed. 9: 119-125.
  34. Orsini, F., Maggio, A., Mickelbart, M.V., D'Urzo, M.P., Bressan, R.A., Inan, G., Yun, D.J., Serra, S., Jeong, J.C., Oh, D.H., Bohnert, H.J., Consiglio, F., and Li, X. 2010. A comparative study of salt tolerance parameters in 11 wild relatives of Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot. 61: 13. 3787-3798.
  35. Pezeshkpour, P., Nazari, S., Mohamadi, F., and Sepahvand, L. 2006. Study of some quantitative traits of Kabul pea genotypes under terminal drought stress in Khoramabad. Proceeding of the 9th Congress of Crop Science and Plant Breeding.
  36. Porch, T.G. 2006. Application of stress indices for heat tolerance screening of common ‎ J. Agron. Crop. Sci. 192: 5. 390-394.
  37. Puppala, N., Fowler, J.L., Poindexter, L., and Bhardwaj, H.L. 1999. Evaluation of salinity tolerance of canola germination. P: 251-253, In: J. Janick (eds), Perspectives on new crops and new uses. ASHS Press, Alexandria, VA.
  38. Purty, R.S., Kumar, G., Singla-Pareek, S.L., and Pareek, A. 2008. Towards salinity tolerance in Brassica: an overview. Physiol. Mol. Biol. Plant. 14: 1. 39-49.
  39. Ramirez-Vallejo, P., and Kelly, J.D. 1998. Traits related to drought resistance in common bean. Euph. 99: 2. 127-136.
  40. Rehman, S., Harris, P., and Bourne, W. 1998. Effects of pre-sowing treatment with calcium salts, potassium salts, or water on germination and salt tolerance of Acacia seeds. J. Plant. Nut. 21: 2. 277-285.
  41. Rosielle, A., and Hamblin, J. 1981. Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-Stress environment. Crop. Sci. 21: 6. 943-946.
  42. Salama, F., Khodary, S., and Heikal, M. 1981. Effect of soil salinity and IAA on growth, photosynthetic pigments, and mineral composition of tomato and rocket plants. Phyton. 21: 2. 177-188.
  43. Santo, A., Mattana, E., Frigau, L., Marzo Pastor, A., Picher Morelló, M.C., and Bacchetta, G. 2017. Effects of NaCl stress on seed germination and seedling development of Brassica insularis Moris (Brassicaceae). Plant. Biol. 19: 3. 368-376.
  44. Seyedi, J., Nabipour, A., and Vazan, S. 2012. Defining selection indices for drought tolerance in chickpea under terminal drought stresses. J. Crop. Breed. 5: 11. 98-113. (in Persian)
  45. Shahbazi, M., Kiani, A.R., and Raeisi, S. 2011. Determination of salinity tolerance threshold in two rapeseed (Brassica napus ) cultivars. Iran. J. Crop. Sci. 13: 1. 18-31. (In Persian)
  46. Sharafi, Y., Majidi, M.M., Mirkhani, M., and Rahnama, M. 2014. Biplot analysis for assessing morphological variation and drought tolerance in seven species of Brassica. J. Plant. Process. Func. 3: 7. 13-26. (In Persian)
  47. Singh, G., Kumar, P., Gupta, V., Tyagi, B.S., Singh, C., Sharma, A.K., and Singh, G.P. 2018. ‎Multivariate approach to identify and characterize bread wheat (Triticum aestivum) germplasm for ‎waterlogging tolerance in India. Field. Crop. Res. 221: 2. 81-89.
  48. Sio-Se Mardeh, A., Ahmadi, A., Poustini, K., and Mohammadi, V. 2006. Evaluation of drought ‎resistance indices under various environmental conditions. Field. Crop. Res. 98: 3. 222- 229.
  49. Taheripoorfard, Z., Izadi Darbandi, A.,
    Ghazvini, H., Ebrahimi, M., and Mortazavian, S.M. 2015. Study of terminal drought tolerance in promising barley genotypes using stress susceptibility and tolerance indices. J. Appl. Crop. Breed. 1: 1. 39-55. (in Persian)
  50. Urlić, B., Dumičić, G., Romić, M., and Ban, S. G. 2017. The effect of N and NaCl on growth, yield, and nitrate content of salad rocket (Eruca sativa). J. Plant Nut. 40: 18. 2611-2618.
  51. Vadez, V., Rashmi, M., Sindhu, K., Muralidharan, M., Pushpavalli, R., Turner, N.C., Krishnamurthy, L., Gaur, P.M., and Colmer, T.D. 2012. Large number of flowers and tertiary branches, and higher reproductive success increase yields under salt stress in chickpea. Eur J. Agron. 41: 42-51.
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 13، شماره 3
آذر 1399
صفحه 141-158

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار