ارزیابی شاخص‌های فیزیولوژیکی ژنوتیپ‌های چغندرقند (Beta vulgaris L.) تحت تنش کم‌آبی

مقدمه

حدود 150 گونه زراعی در جهان کشت می­شوند که دارای ارزش غذایی هستند. شکر (با نام مشترک ساکارز) فقط از دو گیاه چغندرقند و نیشکر حاصل می­شود. چغندرقند با نام علمی Beta vulgaris L. گیاهی هالوفیت و دوساله است که در سال اول دوره رشد خود ریشه تولید می‌کند و در سال دوم اگر به اندازه کافی سرما دریافت کند، گیاه وارد مرحله زایشی و تولید بذر می­شود. این گیاه یک محصول نسبتاً جدید است که در قرن نوزدهم در مناطق معتدل معرفی شد و در قرن بیستم گسترش زیادی داشته است و به­عنوان یکی از گیاهان زراعی مقاوم به کم­آبی شناخته می­شود (Draycott, 2006).

 خشکی اصلی­ترین تنش غیرزیستی در یک سوم اراضی دنیا و یک چهارم اراضی قابل آبیاری است که با پدیده گرم شدن کره زمین، اثرات خشکی در آینده بیشتر نیز خواهد شد (Shashidhar et al., 2013). گیاهان زراعی مختلف در مواجه با تنش کم­آبی، واکنش­های متفاوتی از خود نشان می­دهند (Ahmad & Prasad, 2011). بهبود عملکرد گیاهان زراعی تحت شرایط تنش خشکی، یکی از مهم‌ترین اهداف اصلاح گیاهان است. شناسایی ژنوتیپ­های متحمل به تنش­های غیرزیستی بر اساس صفات فیزیولوژیکی به دلیل وراثت­پذیری نسبتا بالا، بازده ژنتیکی قابل قبول، اندازه­گیری آسان و دقیق، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است (Mohammadi et al., 2006). فقدان شاخص مناسب برای انتخاب ژنوتیپ برتر، مانعی جهت اجرای برنامه­های اصلاح گیاهان برای تحمل به خشکی است؛ پس بهتر است در برنامه­های اصلاحی جهت شناسایی ژنوتیپ­های متحمل به تنش کم­آّبی، از تغییرات شاخص­های مهم فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در اثر اعمال تنش کم­آبی استفاده کرد (Ilikaei et al., 2012; Hashemi et al., 2014).

در میان شاخص­های فیزیولوژیکی، محتوی نسبی آب برگ، میزان آب از دست رفته و پایداری غشا از اهمیت ویژه­ای برخوردارند (Ahmadizadeh, 2013 ؛Bajji et al., 2002). در شرایط کمبود آب، میزان آب برگ کاهش می­یابد و کاهش پتانسیل آب برگ باعث بسته شدن روزنه­ها می‌شود و در نتیجه کاهش هدایت روزنه­ای باعث افت سرعت فتوسنتز می­شود (Bota et al., 2004). بسته شدن روزنه­ها جهت جلوگیری از اتلاف آب انجام می­شود (Lawlor et al., 2002) که به دنبال آن کاهش تثبیت دی­اکسیدکربن و افزایش دمای کانوپی روی می­دهد و سپس کاهش در محتوای نسبی آب برگ­ها و افزایش در میزان نشت الکترولیت­های غشای سلولی مشاهده می­شود (Aown et al., 2012). محتوای نسبی آب برگ (RWC) یکی از مهم‌ترین شاخص­هایی است که در اثر تنش خشکی با کاهش همراه می­باشد. محتوای نسبی آب برگ، توانمندی گیاه را در مقابل تنش کم­آبی نشان می­دهد (Vazan et al., 2002). فلورسانس کلروفیل به‌عنوان معیاری برای ارزیابی تاثیر تنش کم­آبی بر گیاهان زراعی پیشنهاد شده است (Massacci et al., 2008). فلورسانس اولیه (F0)، فلورسانس حداکثر (Fm) و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو، فعالیت فتوسنتزی گیاه را نشان می­دهند (Ranjbarfordoei et al., 2006). میزان فلورسانس کلروفیل، سالم بودن غشای تیلاکوئید و کارایی نسبی انتقال الکترون را از فتوسیستم دو به فتوسیستم یک نشان می­دهد. تنش خشکی ظرفیت پذیرش و انتقال الکترون را کاهش می‌دهد و در نتیجه سیستم به­سرعت به فلورسانس حداکثر (Fm) میرسد که نتیجة آن کاهش فلورسانس متغیر (Fv) خواهد بود. بنابراین با توجه به این تغییرپذیری­ها، تنش­های محیطی با تأثیر بر فتوسیستم دو باعث کاهش کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو (Fv/Fm)  می­شوند (Klughammer & Schreiber, 2008).

بنابراین با توجه به افزایش روزافزون نیاز به شکر در ایران و جهان، گیاه چغندرقند دارای اهمیت زیادی می­باشد. تنش کم­آبی باعث کاهش عملکرد محصولات کشاورزی در سراسر جهان شده است. با توجه به شرایط اقلیمی خشک و نیمه­خشک ایران، هدف از این پژوهش شناسایی صفات مهم فیزیولوژیکی جهت گزینش ژنوتیپ­های متحمل به تنش کم­آبی می­باشد.

مواد و روش­ها

این تحقیق در سال 1398 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز واقع در 10 کیلومتری شرق تبریز در اراضی کرکج با اقلیم نیمه­خشک اجرا شدشد. تبریز دارای آب و هوای سرد کوهستانی است و در ارتفاع 1365 متر از سطح دریا واقع شده است. مواد گیاهی مورد مطالعه در این پژوهش 27 ژنوتیپ شامل هفت لاین تنی، هفت هیبرید (سه جانبه) مونو ژرم، هفت هیبرید (سه جانبه) مولتی ژرم و شش رقم شاهد است که از موسسه تحقیقات چغندرقند کرج تهیه شده­اند (جدول 1).

جدول 1- کد و نام ژنوتیپ­ها

Table 1. Genotype Codes and names

این آزمایش به­صورت کرت­های خرد شده بر پایه طرح بلوک­های کامل تصادفی در سه تکرار اجرا شد. عامل اصلی شامل دو سطح آبیاری (مطلوب و تنش کم­آبی) و عامل فرعی شامل 27 ژنوتیپ چغندرقند بود. بافت خاک مورد استفاده از نوع لومی-شنی بود. قبل از کاشت بذرها، زمین زراعی به ارتفاع یک متر گود­برداری شد و لوله­های پلیکا هم­سطح با زمین زراعی به­صورت چسبیده به­همدیگر با خاک پر شدند. در تاریخ 15 اردیبهشت ماه، پنج بذر از هر ژنوتیپ­ داخل لوله­های پلیکا به‌طول یک متر و قطر 20 سانتی­متر کاشته شد. بعد از جوانه­زنی بذر ژنوتیپ­ها (مرحله چهار برگی)، عمل تنک انجام شد و فقط یک گیاه داخل هر لوله پلیکا باقی ماند. تا استقرار کامل گیاهان (مرحله شش تا هشت برگی) آبیاری به­صورت مطلوب انجام شد. سطح اول آبیاری بعد از 80 میلی­متر تبخیر از طشتک کلاس  A (تقریبا هر هفته یکبار) و سطح دوم آبیاری بعد از 180 میلی­متر تبخیر از طشتک (تقریبا هر 15 روز یکبار)  انجام شد (Ilkaee et al., 2016). با توجه به وضعیت آب و هوایی تبریز تا خرداد ماه از نایلون پلاستیکی نازک جهت محافظت گیاهان از بارندگی­های احتمالی استفاده شد. صفات مورد مطالعه شامل دمای پایداری برگ قبل و بعد از انجام آبیاری بر اساس طشتک تبخیر کلاس A، میزان نسبی آب از دست رفته، محتوای نسبی آب برگ، وزن ریشه، نشت الکترولیتی، فلورسانس اولیه، حداکثر فلورسانس و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو بود. اندازه­گیری و نمونه­برداری برای مطالعه صفات مورد ارزیابی در مرحله 16 تا24 برگی انجام شد.

در مرحله 16 تا 24 برگی گیاهان، دمای پایداری برگ با استفاده از دماسنج مادون قرمز و با رعایت فاصله مناسب دماسنج با برگ، از سه برگ مشخص از هر بوته اندازه­گیری شد (Tc) و در همان زمان، دمای اتمسفر نیز با دماسنج جیوه­ای اندازه­گیری شد (Ta). در هر دو سطح آبیاری (مطلوب و تنش کم­آبی)، یک‌بار قبل از انجام آبیاری (79 و 179 میلی­متر تبخیر از طشتک) و بار دوم بعد از انجام آبیاری و بر اساس میزان تبخیر از طشتک کلاس A، دمای پایداری اندازه­گیری شد و با استفاده از رابطه زیر، دمای پایداری برگ[1] (Singh et al., 1985) محاسبه ­شده­است.

رابطه 1                                       T_c - T_a Tc=

برای اندازه­گیری میزان نسبی آب از دست رفته[2]، از هر تکرارها به اندازه مساوی برگ برداشت و وزن آن به‌سرعت اندازه‌گیری شدتا وزن تر نمونه­ها به­دست آید. سپس برگ­ها به مدت دو ساعت در دمای۳۰ درجه سانتی­گراد قرار گرفتند تا وزن پژمردگی آن‌ها تعیین شود. جهت محاسبه وزن خشک، نمونه­های برگی در دمای80 درجه سانتی­گراد در آون به مدت ۲۴ ساعت نگهداری شدند. میزان کاهش آب بر حسب گرم آب از دست رفته بر وزن خشک برگ در دو ساعت از طریق رابطه زیر محاسبه شد (Yang et al., 1991):

رابطه 2                    )  RWL=

که در آن، FW: وزن تر برگ، WW: وزن پژمردگی، DW: وزن خشک، t₁: زمان اولیه اندازه­گیری وزن تر و t₂: زمان لازم برای پژمردگی است.

محتوای نسبی آب برگ[3] با استفاده از روش Ritchie et al. (1990) با استفاده از رابطه زیر به­دست ­آمد:

رابطه 3                     RWC= ×100

که در این رابطه Fw: وزن تر برگ بلافاصله بعد از نمونه­برداری، :Dw وزن خشک برگ پس از 24 ساعت قرارگرفتن در داخل آون با دمای 80 درجه سلسیوس و :Tw وزن اشباع برگ پس از چهار ساعت قرارگرفتن در آب مقطر است.

وزن ریشه در نیمه اول آبان ماه پس از رسیدگی کامل گیاهان، با استفاده از ترازوی دیجیتال با دقت یک گرم بعد از شستشوی کامل ریشه و خشک کردن رطوبت آن بر حسب گرم اندازه‌گیری شد.

اندازه­گیری نشت الکترولیتی[4] بر اساس روش Lutts et al. (1996) صورت گرفت. در هر تکرار به اندازه مساوی از برگ­ها برداشت شد و پس از شستشو با آب دو بار تقطیر جهت حذف آلودگی­های احتمالی، درون لوله­های آزمایش حاوی 10 میلی­لیتر آب مقطر استریل منتقل ش و جهت آماده سازی برای اندازه­گیری EC₁،  نمونه­ها به مدت ۲۴ساعت در دمای آزمایشگاه روی شیکر قرار داده شدند. میزان هدایت الکتریکی نمونه­ها با دستگاه EC سنج دیجیتالی خوانده شد. در مرحله بعد، لوله­های آزمایش حاوی نمونه به مدت بیست دقیقه درون آون با دمای ۱۲۰درجه سلسیوس قرار گرفتند که بعد از خنک شدن لوله­ها، مجددا هدایت الکتریکی نمونه­ها اندازه­گیری شدند (EC₂) و در نهایت درصد نشت یونی با استفاده از رابطه زیر به­دست آمد:

رابطه 4                                  ×100 El=  

قبل از آبیاری هر دو سطح آزمایش، اندازه­گیری پارامترهای فلورسانس کلروفیل بر روی جوان­ترین برگ کاملا توسعه یافته با فاصله از رگبرگ میانی هر گیاه، با استفاده از دستگاه فلورمتر (OS1-F1 chlorophyll Flurometer) محصول شرکت  Opti-Sciences ساخت آمریکا صورت گرفت. بدین­منظور، برگ­ها به مدت 20 دقیقه در تاریکی قرار گرفتند و با استفاده از دستگاه اندازه­گیری فلورسانس، صفات F₀ (فلورسانس اولیه (، ) F_mبیشینه فلورسانس ( و   F_v /F_m(کارآیی فتوشیمیایی فتوسیستم II) اندازه­گیری شدند (Genty et al., 1989).

تجزیه و تحلیل آماری داده­ها با استفاده از نرم افزارهای MSTAT-C، SPSS و EXEL انجام شد. قبل از انجام تجزیه­های آماری، فرض­های اساسی تجزیه واریانس شامل مستقل بودن اشتباه­های آزمایشی، توزیع نرمال داده­های آزمایشی، یکنواختی واریانس­های درون تیماری و عدم وجود اثر متقابل بین تیمار و بلوک انجام شد و برقراری مفروضات فوق در همه صفات تایید شد. مقایسه میانگین صفات مورد ارزیابی با استفاده از آزمون دانکن انجام شد.

نتایج و بحث

نتایج تجزیه واریانس کرت­های خرد شده بر پایه بلوک­های کامل تصادفی صفات مورد مطالعه در جدول 2 آمده است.

جدول 2- تجزیه واریانس کرت­های خرد شده صفات مورد مطالعه در ژنوتیپ­های چغندرقند

Table 2. Variance analysis of split plots of studied traits in sugar beet genotypes

**، * و ns: به‌ترتیب معنی­داری در سطح احتمالیک و پنج  درصد و غیر معنی­داری می­باشد.

**, * and ^ns: significant at 1% and 5% of probability levels, and non significant, respectively.

ادامه جدول 2-

Table-2 continued

**، * و ns: به‌ترتیب معنی­داری در سطح احتمالیک و پنج  درصد و غیر معنی­داری می­باشد.

**, * and ^ns: significant at 1% and 5% of probability levels, and non significant, respectively.

دمای پایداری برگ

با توجه به نتایج حاصل از جدول تجزیه واریانس (جدول 2)، اثر تکرار برای صفات دمای پایداری قبل و بعد از آبیاری، غیرمعنی­دار بود که این نشان دهنده یکنواختی تکرارها می­باشد. همچنین اثر آبیاری، ژنوتیپ و برهم­کنش آبیاری در ژنوتیپ برای صفات دمای پایداری قبل و بعداز آبیاری در سطح احتمال یک درصد معنی­دار بود. بر اساس جدول 3، تنش کم­آبی باعث افزایش دمای پایداری قبل و بعداز آبیاری شد. در تحقیقی با بررسی چهار سطح تنش خشکی بر روی لوبیا مشخص شد که دمای برگ لوبیا در اثر تنش خشکی، به طور معنی­داری یافتافزایش (Dastneshan et al., 2019). ژنوتیپ­های شماره یک، 11، 22، 24، 25، 26 و 27 کمترین میزان دمای پایداری قبل آبیاری را در سطح مطلوب آبیاری داشتند. همچنین ژنوتیپ­های سه، 26 و 27 نیز کمترین میزان دمای پایداری قبل آبیاری را در سطح تنش کم­آبی داشتند. ژنوتیپ­های 26 و 27 کمترین میزان دمای پایداری قبل آبیاری را در هر دو سطح آبیاری داشتند و ژنوتیپ شماره 13 در هر دو سطح آبیاری هم قبل و هم بعد از آبیاری، بیشترین میزان دمای پایداری را داشت. با بسته شدن روزنه ها در اثر کاهش رطوبت درون سلولی، میزان تعرق کاهش می‌یابد و دفع انرژی گرمایی درون گیاه با مشکل مواجه می‌شود و دمای برگ افزایش می‌یابد (Ghaffari et al., 2015). ژنوتیپ­های شماره یک و 25 نیز کمترین میزان دمای پایداری قبل آبیاری را در سطح مطلوب داشتند؛ این در حالی است که ژنوتیپ­های یک و 25 در شرایط تنش کم­آبی، با افزایش قابل توجه دمای پایداری قبل آبیاری همراه بودند. این نشان می­دهد که در اثر تنش کم­آبی، دمای پایداری در این ژنوتیپ­ها افزایش یافته است. قابل ذکر است که کمترین میزان تغییر دما از سطح مطلوب به تنش کم­آبی، به ژنوتیپ شماره شش تعلق داشت. می­توان گفت که پائین بودن دمای برگ، تعادل بهتر آب در داخل گیاه را از طریق جذب بهتر آب توسط ریشه­ها نشان می­دهد.

جدول 3-  مقایسه میانگین ژنوتیپ­های چغندرقند از نظر صفات مورد مطالعه در سطوح آبیاری مطلوب و تنش کم­آبی

Table 3. Mean comparison of the sugar beet genotypes studied traits in normal irrigation levels and water deficit stress

میانگین‌های دارای حروف مشترک در هر ستون، دارای اختلاف معنی‌دار در سطح پنج درصد نمی‌باشند

Means followed by the same letter(s) in the same column are not significantly different at 5% of probability level.

ادامه جدول 3-

Table-3 continued

میانگین‌های دارای حروف مشترک در هر ستون، دارای اختلاف معنی‌دار در سطح پنج درصد نمی‌باشند

Means followed by the same letter(s) in the same column are not significantly different at 5% of probability level.

بنابراین پائین بودن دمای برگ را می­توان به عنوان یک شاخص موثر در شناسایی ژنوتیپ­های متحمل به تنش کم­آبی معرفی کرد (Kumar, 2005). در پژوهش دیگر نیز افزایش دمای کانوپی در اثر تنش کم­آبی گزارش شده است (Balota et al., 2007). با بررسی میانگین دمای پایداری بعد از آبیاری مشخص شد که ژنوتیپ شماره شش در هر دو سطح آبیاری، دمای کمتری داشت. ژنوتیپ شماره شش در اثر آبیاری با بیشترین کاهش دمای پایداری همراه بود که نشان می­دهد، میزان آب موجود در خاک بر روی دمای پایداری گیاه تاثیرگذار است و با آبیاری، گیاهان دمای پایداری کمتر و گیاه خنک­تر می­شود. در تحقیق دیگری بر روی برنج، با اعمال چهار سطح مختلف میزان آب خاک، دمای کانوپی در اثر آبیاری کاهش معنی­داری داشته است (Zhang et al., 2007).

میزان نسبی آب از دست رفته

اثر تکرار بر صفت میزان نسبی آب از دست رفته، غیرمعنی­دار (جدول 2) و اثر آبیاری در سطح احتمال پنج درصد معنی­دار بود. اثر ژنوتیپ و برهم­کنش آبیاری در ژنوتیپ برای صفت میزان نسبی آب از دست رفته در سطح احتمال یک درصد معنی­دار بود. با توجه به جدول مقایسه میانگین (جدول 3)، تنش کم­آبی باعث کاهش میزان نسبی آب از دست رفته شد. در پژوهشی با بررسی اثر تنش کم­آبی بر روی نخود زراعی گزارش شد که میزان نسبی آب برگ دچار کاهش معنی­دار شده است (Mansorifar et al., 2012). ژنوتیپ­های 11، 12، 24 و 27 از نظر میانگین میزان نسبی آب از دست رفته، بیشترین کاهش را از سطح مطلوب آبیاری به سطح تنش کم­آبی داشتند. این نشان می­دهد که این ژنوتیپ­ها با دسترسی به آب کافی، دمای داخل گیاه را با تعرق کاهش می­دهند و در مواجه با تنش کم­آبی، میزان نسبی آب از دست رفته خود را کنترل کرده­­اند و از میزان تعرق خود در مواجه با تنش کم­آبی کاسته­اند. در مطالعات دیگری نیز کاهش تعرق یا کاهش میزان نسبی آب از دست رفته گیاهان مختلف در اثر تنش کم­آبی گزارش شده است (Karimizadeh et al., 2011; Karimi Afshar et al., 2015). ژنوتیپ­های شش، 16 و 22 در سطح آبیاری مطلوب و تنش کم­آبی، میزان کمتری از آب نسبی خود را از دست دادند، درحالی­که اختلاف دو سطح آبیاری از نظر میزان نسبی آب از دست رفته در این ژنوتیپ­ها خیلی کم بود. ژنوتیپ شماره دو در اثر تنش کم­آبی با افزایش میزان نسبی آب از دست رفته همراه بوده است که می­تواند نشان دهنده عدم کنترل گیاه بر میزان تعرق باشد.

محتوای نسبی آب

 اثر تکرار در صفت محتوای نسبی آب غیر معنی­دار بودهو این نشان دهنده یکنواختی تکرارها می­باشد (جدول2). همچنین اثر آبیاری، ژنوتیپ و برهم­کنش آبیاری در ژنوتیپ برای صفت محتوای نسبی آب در سطح احتمال یک درصد معنی­دار بود. تنش کم­آبی باعث کاهش معنی­دار محتوای نسبی آب برگ شد (جدول 3). محققان با بررسی سه سطح آبیاری بر روی سه رقم لوبیا بیان داشتند که با افزایش میزان شدت تنش خشکی، محتوای نسبی آب برگ دچار کاهش معنی­داری شد (Ghalandari et al., 2019). در بررسی تاثیر تنش کم­آبی بر روی محتوی نسبی آب برگ مشاهده شد که ژنوتیپ­های شماره شش، 11، 17، 23 و 26 در هر دو سطح آبیاری، دارای مقادیر بالای محتوی نسبی آب برگ بودند؛ همچنین ژنوتیپ­های ذکر شده در مواجه با تنش کم­آبی، محتوای نسبی آب برگ خود را حفظ کردند و دچار افت شدید محتوای نسبی آب برگ نشدند، درحالی­که ژنوتیپ شماره پنج در اثر تنش کم­آبی با افت شدید محتوی نسبی آب برگ همراه بود. کاهش محتوای نسبی آب برگ و میزان آب نسبی از دست رفته، از مهم‌ترین تاثیرات تنش خشکی بر گیاهان می­باشد (Anonymous, 1993). درگیاهان دیگر نیز کاهش محتوای آب نسبی در اثر تنش کم­آبی گزارش شده است ( Mansourifar et al., 2012; Dastneshan et al., 2019).

وزن ریشه

اثر تکرار بر صفت وزن ریشه غیرمعنی­دار و اثر آبیاری در سطح احتمال پنج درصد معنی­دار بود (جدول 2). در اثر تنش کم­آبی، وزن ریشه به‌طور معنی‌داری کاهش یافت. مطابق با نتایج این پژوهش، بررسی اثر تنش کم­آبی بر روی ژنوتیپ­های مختلف چغندرقند نیز کاهش وزن تر ریشه چغندرقند در اثر تنش کم­آبی را نشان داده است (Oroojnia et al., 2011). اثر ژنوتیپ و برهم­کنش ژنوتیپ در آبیاری برای صفت وزن ریشه در سطح احتمال یک درصد معنی­دار بود. با توجه به نتایج جدول مقایسه میانگین (جدول 3)، ژنوتیپ شماره 12 دارای بیشترین میزان وزن ریشه در سطح مطلوب آبیاری بود و ژنوتیپ شماره 11 از نظر این صفت در رتبه دوم قرار داشت. در سطح دوم آبیاری (تنش کم­آبی)، ژنوتیپ­های شش، هشت، نه، 11، 12، 13، 22 و 27 دارای بیشترین مقدار وزن ریشه بودند. ژنوتیپ­های شماره 11 و 12 با وجود این‌که در هر دو سطح مطلوب و تنش کم­آبی بیشترین وزن ریشه را داشتند، اما تنش کم­آبی روی این دو ژنوتیپ تاثیر منفی داشت و باعث کاهش شدید وزن ریشه شد. ژنوتیپ­های شماره شش، هشت، 22 و 27 در سطح تنش کم­آبی نسبت به مطلوب، کاهش خیلی جزئی داشتند و این نشان می­دهد که ژنوتیپ­های شماره شش، هشت، 22 و 27، متحمل به تنش کم­آبی بودند.

نشت الکترولیتی

 اثر تکرار در صفت نشت الکترولیتی غیر معنی­دار و اثر آبیاری، ژنوتیپ و اثر متقابل آبیاری در ژنوتیپ برای صفت نشت الکترولیتی در سطح احتمال یک درصد معنی­دار بود (جدول 2). جدول 3  نشان می­دهد که ژنوتیپ شماره شش در سطح تنش کم­آبی، دارای کمترین میزان نشت الکترولیتی بود. همچنین تنش کم­آبی، کمترین تاثیر را از نظر نشت الکترولیتی بر روی این ژنوتیپ داشته است. این درحالی است که ژنوتیپ شماره سه در اثر تنش کم­آبی، بیشترین میزان نشت الکترولیتی یا آسیب غشا سلولی را داشته است. در مطالعات تنش کم­آبی، آسیب به غشای سلولی در ژنوتیپ­های متحمل به تنش کم­آبی کمتر بوده است (Ali et al., 2013). محققان با بررسی اثر تنش کم­آبی روی گیاهان مختلف مانند گندم، لوبیا، عدس و لوبیا چیتی، هم­راستا با نتایج این پژوهش بیان داشتند که نشت الکترولیتی در اثر تنش کم­آبی، افزایش معنی­دار داشت (Turkan et al., 2005; Ghalandari et al., 2019 ).

فلورسانس کلروفیل

اثر تکرار در صفات فلورسانس اولیه، حداکثر فلورسانس و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو، غیرمعنی­دار و اثر آبیاری برای فلورسانس اولیه و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو در سطح احتمال یک درصد و حداکثر فلورسانس در سطح احتمال پنج درصد معنی­دار بود (جدول 2). اثر ژنوتیپ و اثر متقابل آبیاری در ژنوتیپ برای صفات فلورسانس اولیه، حداکثر فلورسانس و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو در سطح احتمال یک درصد معنی­دار بود. ژنوتیپ­های دو، چهار، شش، 22، 23 و 26 کمترین میزان فلورسانس اولیه (F0) را در هر دو سطح آبیاری (مطلوب و تنش­کم­آبی) داشتند، درحالی­که ژنوتیپ شماره 17 در اثر تنش کم­آبی، دچار بیشترین افزایش معنی­دار فلورسانس اولیه شده بود. بررسی حداکثر فلورسانس (Fm) در اثر تنش کم­آبی نشان داد که ژنوتیپ 10 در سطح تنش کم­آبی، بیشترین میزان حداکثر فلورسانس را داشت. ژنوتیپ­های شماره یک، چهار، شش، هفت، 20 و 26 دارای بیشترین میزان کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو (Fv/Fm) در سطح آبیاری تنش کم­آبی بودند. همچنین ژنوتیپ شماره نه کمترین میزان کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو را در سطح تنش کم­آبی داشت. تنش کم­آبی به دلیل تخریب مراکز فتوسیستم دو، باعث افزایش F0 و کاهش Fm و در نتیجه باعث کاهش کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو (Fv/Fm)  می­شود که این تخریب ممکن است در نتیجه چرخه انتقال الکترون باشد (Zlatev, 2009). محققین با بررسی اثر تنش کم­آبی بر روی چغندرقند گزارش داده­اند که حداکثر فلورسانس و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو در اثر تنش کم­آبی، کاهش معنی­دار داشت (Nadeali et al., 2011). در پژوهش دیگر یر روی چغندرقند، حداکثر فلورسانس و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو در اثر تنش کم­آبی، با کاهش معنی­دار همراه بود. همچنین در این پژوهش، فلورسانس اولیه نیز در اثر تنش کم­آبی، افزایش یافته است (Vazan, 2009).

همبستگی بین صفات

با توجه به نتایج همبستگی بین صفات مورد مطالعه ژنوتیپ­های چغندرقند (جدول 4)، وزن ریشه با صفات دمای پایداری، نشت الکترولیتی و حداقل فلورسانس همبستگی منفی و معنی­دار داشت. این بذین معناست که کاهش دمای برگ، میزان ناپایداری غشا و حداقل فلورسانس کلروفیل، باعث افزایش عملکرد ژنوتیپ­های چغندرقند می­شود. میان وزن ریشه با صفات میزان نسبی آب از دست رفته، محتوای نسبی آب برگ و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو، همبستگی مثبت و معنی­داری در سطح احتمال یک درصد وجود داشت.

جدول 4- ضریب همبستگی بین صفات مورد مطالعه در ژنوتیپ­های چغندرقند

Table 4. Correlation coefficient between studied traits of sugar beet genotypes

**: معنی­دار در سطح احتمال یک درصد.

**: significant at 1% of probability level.

ژنوتیپ­هایی که توانایی حفظ آب بیشتری را در بافت­های خود دارند، از وزن ریشه بالایی برخوردار هستند. با بررسی چند رقم گندم در شرایط تنش خشکی، همبستگی مثبت و معنی­دار بین عملکرد با فلورسانس کلروفیل مشاهده شده. همچنین بین محتوای نسبی آب برگ و فلورسانس کلروفیل، همبستگی مثبتی گزارش شد (Paknejad et al., 2006). بین دمای پایداری قبل و بعد آبیاری با میزان آب نسبی از دست رفته، محتوای نسبی آب برگ و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو، همبستگی منفی و با صفات نشت الکترولیتی و فلورسانس اولیه همبستگی مثبت و معنی­داری وجود داشت. همچنین میزان نسبی آب از دست رفته با صفات محتوای نسبی آب برگ و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو همبستگی مثبت و با صفات نشت الکترولیتی و فلورسانس اولیه همبستگی منفی داشت. محتوای نسبی آب برگ، بیشترین همبستگی مثبت را با کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو داشت. افزایش دمای پایداری برگ، نشت الکترولیتی و فلورسانس اولیه، باعث کاهش میزان نسبی آب از دست رفته، محتوای نسبی آب برگ و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو شد. به این مفهوم که با بسته شدن روزنه­ها و افزایش دمای کانوپی گیاه، میزان تبخیر و تعرق برای خنک کردن گیاه کاهش می­بابد و در نتیجه میزان نسبی آب از دست رفته کاهش می­یابد. همچنین احتمالا با کاهش میزان Co₂، کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو نیز کاهش می‌یابد. در پژوهشی با بررسی تاثیر تنش خشکی بر روی آفتابگردان بیان شد که محتوای نسبی آب برگ با نشت الکترولیتی و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو (Fv/Fm) همبستگی منفی و معنی­دار داشته است (Ghobadi et al., 2013).

تجزیه به مؤلفه­های اصلی

نتایج حاصل از تجزیه به مؤلفه­های اصلی در جدول 5 و 6 آمده است. صفات مورد ارزیابی در چهار مؤلفه اصلی با مقادیر ویژه بالاتر از یک قرار گرفتند، به­طوری‌که چهار مؤلفه اصلی در سطوح مطلوب آبیاری و تنش کم­آبی در مجموع، بهترتیب 72 و 73 درصد از تغییرات را توجیه کردند.

با توجه به شکل1 و2 و در سطح مطلوب آبیاری، ژنوتیپ­های 11 و 12 دارای بیشترین وزن ریشه، میزان نسبی آب از دست رفته و حداکثر فلورسانس بودند و با توجه به شکل­های 3 و 4، ژنوتیپ­های دو، شش،11 و 23، بیشترین وزن ریشه و میزان نسبی آب از دست رفته را داشتند. در تحقیقی بر روی چغندرقند برای بررسی تنوع ژنتیکی بین ژنوتیپ­ها از تجزیه به مولفه­های اصلی استفاده شد که صفات مورد ارزیابی در سه مولفه اصلی قرار گرفتند (Hamidi et al., 2018). از آن‌جا که معیار اصلی برای گزینش ژنوتیپ­های برتر، وزن ریشه می­باشد، در مؤلفه دوم (PC2) و در هر دو سطح آبیاری، وزن ریشه دارای بیشترین ضریب تاثیر با صفت میزان نسبی آب از دست رفته بود؛ بنابراین با توجه به نتایج مقایسه میانگین و همبستگی مثبت و معنی­دار بین وزن ریشه و میزان نسبی آب از دست رفته در هر دو سطح آبیاری، می­توان صفت میزان نسبی آب از دست رفته را به عنوان معیاری برای ارزیابی وزن ریشه ژنوتیپ­های چغندرقند مورد مطالعه معرفی کرد.

جدول 5 -ضرایب، مقادیر ویژه، واریانس و درصد تجمعی واریانس­ها برای چهار مؤلفه اصلی مربوط به صفات مورد

مطالعه در ژنوتیپ های چغندرقند در سطح مطلوب آبیاری

Table 5. Scores, eigen values, variance and cumulative variance percentage of four principal component related to the studied traits of sugar beet genotypes in normal irrigation level

جدول 6 -ضرایب، مقادیر ویژه، واریانس و درصد تجمعی واریانس­ها برای چهار مؤلفه اصلی مربوط به صفات مورد

مطالعه در ژنوتیپ های چغندرقند در سطح تنش کم­آبی

Table 6.Scores, eigen values, variance and cumulative variance percentage of four principal component related to the studied traits of sugar beet genotypes under water deficit stress

نتیجه­گیری کلی

با توجه به نتایج، تیمار تنش کم­آبی، باعث کاهش محتوای نسبی آب برگ، میزان نسبی آب از دست رفته، وزن ریشه، حداکثر فلورسانس و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو در ژنوتیپ­های چغندرقند شده­است. همچنین تنش کم­آبی باعث افزایش دمای پایداری قبل و بعد آبیاری، نشت الکترولیتی و حداقل فلورسانس شد. نتایج مقایسه میانگین نشان داد که ژنوتیپ شماره شش از نظر دمای پایداری بعد آبیاری، محتوای نسبی آب برگ، نشت الکترولیتی، فلورسانس اولیه و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو، متحمل‌ترین ژنوتیپ به تنش کم­آبی بود.

شکل 1- پراکنش دوبعدی 27 ژنوتیپ چغندرقند براساس نتایج تجزیه به مولفه­های اصلی در سطح مطلوب آبیاری

Figure 1. Biplot based on the principal component analysis of 27 sugar beet genotypes in the normal irrigation level

شکل 2- ارتباط بین صفات مختلف در 27 ژنوتیپ چغنرقند در سطح مطلوب آبیاری

Figure 2. Relations between different traits in 27 sugar beet genotypes in the normal irrigation level

شکل 3 -پراکنش دو بعدی 27 ژنوتیپ چغندرقند براساس نتایج تجزیه به مولفه­های اصلی در سطح تنش کم­آبی

Figure 3. Biplot based on Principal Component Analysis for 27 genotypes of sugar beet under water deficit stress

شکل 4- ارتباط بین صفات مختلف در 27 ژنوتیپ چغنرقند در سطح تنش کم­آبی

Figure 4. Relations between different traits in 27 sugar beet genotypes under water deficit stress

همچنین می­توان ژنوتیپ 27 را از نظر شاخص­های دمای پایداری قبل آبیاری و میزان نسبی آب از دست رفته، به‌عنوان یک ژنوتیپ متحمل در برابر تنش کمبود آب معرفی کرد.

از نظر وزن ریشه، هر دو ژنوتیپ شش و 27، کمترین میزان کاهش از سطح مطلوب به تنش کم­آبی را داشتند که می­تواند ناشی از تحمل این دو ژنوتیپ به تنش کم­آبی باشد. بر اساس رابطه همبستگی معنی­دار وزن ریشه با شاخص­های دمای پایداری قبل و بعد آبیاری، میزان نسبی آب از دست رفته، محتوای نسبی آب برگ، نشت الکترولیتی، فلورسانس اولیه و کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم دو، می­توان از این صفات به عنوان شاخص­های موثر در شناسایی ژنوتیپ­های متحمل به تنش کم­آبی در چغندرقند استفاده کرد. همچنین شاخص میزان نسبی آب از دست رفته بر اساس تجزیه به مؤلفه­های اصلی، دارای بیشترین ضریب تاثیر با وزن ریشه بود که حاکی از تاثیر مثبت این صفت بر وزن ریشه چغندرقند می­باشد. قابل ذکر است که این شاخص­ها باید بر روی ژنوتیپ­های مختلف چغندرقند و در محیط­های متفاوت ارزیابی شوند تا با اطمینان بیشتری، شاخص­های غربالگری برای شناسایی ژنوتیپ­های برتر چغندرقند معرفی شوند.

[1] Transpirational cooling

[2] Relative water loss (RWL)

[3] Relative water content (RWC)

[4] Electrolyte leakage (EL)