SUPERVISOR
داود بخشی (استاد مشاور) محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد مشاور) جمشید رزمجو (استاد مشاور) مرتضی زاهدی (استاد راهنما) بهلول عباس زاده (استاد راهنما)
STUDENT
Hakime Darvizhe
حکیمه درویژه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Effect of foliar application of salicylic acid and spermine on the growth and phytochemical characteristics of purple coneflower under different levels of drought stress
Water deficit is one of the most important abiotic stresses that can significantly decrease crop production. Accordingly, various strategies have been proposed to alleviate negative effects of stress and to improve plant tolerance to water deficit. Several studies have shown the positive effects of the exogenous application of salicylic acid (SA) and Spermine (SPM) on the plant growth and stress tolerance and also on the production of secondary products. Therefore, this investigation was carried out in the form of two separate field and germination experiments. In the field study, a two-year experiment was conducted during growing seasons of 2016 to 2018 to investigate the effects of three irrigation regimes (irrigation after 20, 40 and 60% soil water depletion) and six SA and SPM foliar application (no spray,75 mg L -1 SA, 150 mg L -1 SA, 70 mg L -1 SPM, 75 mg L -1 SA+70 mg L -1 SPM and 150 mg L -1 SA+70 mg L -1 SPM) on the physiological, biochemical and morphological characteristics, phenological stages, biomass and grain production and the contents of essential oil and caffeic acid derivatives in conflower plants. The treatments in field experiment were arranged as split-plot laid out in a randomized complete block design with three replications, in which irrigation regimes were accommodated in main plots and spray treatments in sub plots. In the second experiment a germination text was carried out on the seeds obtained from field experiment that had evaluated the effects of SA and SPM application on Echinacea plants under three irrigation regimes. The treatments in the germination text were arranged as factorial in a completely randomized experiment with three replications. In the field experiment, water deficit decreased morphological parameters such as plant height, tiller number per plant, leaf area index as well as pheonological stages, membrane stability index, leaf relative water content, chlorophyll content, plant biomass, 1000 grain weight and grain yield, while increased the activities of antioxidant enzymes including catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase and superoxide dismutase, the contents of carotenoids, malondialdehyde, proline, flavonoids, phenols, the percentage and yield of leaf and flower essential oil, harvest index and also the length, diameter, volume and weight of roots. At 40 and 60% soil water depletion compared to 20% water depletion the reductions were 29 and 49% in shoot dry weight and 20 to 26% in grain yield. The effects of water deficit on caffeic acid derivatives (cichoric acid, echinacoside, chlorogenic acid, caftaric acid and cynarin) in roots, leaves and flowers were depended on water level, caffeic acid compound and the plant organ. Foliar application of SA and SPM improved the growth parameters, plant biomass, grain yield and the contents of caffeic acid derivatives in roots, leaves and flowers. SA and SPM application increased flavonoids content but decreased phenols content in leaves. Due to application of 75 and 150 mg L -1 SA and 75 mg L -1 SPM there appeared the increases of 30, 43 and 13% in shoot dry weight and 25, 49 and 12% in grain yield. Maximum increases in growth parameters, yield and the contents of caffeic acid derivatives in roots, leaves and flowers were achieved by the combined application of high concentration of SA with SPM. Water deficit increased while SA and SPM application decreased the content of essential oil in leaves and flowers. Among tested enzymes, CAT showed the highest increase in response to water deficit, while SOD was the most responsive enzyme to SA and SPM application. Water stress, imposed on maternal plants in the field experiment, decreased the percentage and rate of germination, shoot, root and seedling length and dry weight, germination energy, seed vigor index and allometric coefficient of their germinated seeds. However, foliar application of SA and SPM had positive effects on seed germination parameters. Based on the results from this experiment, foliar application of SA and SPM improved growth charactristics, biomas and grain yield, the contents of essential oil and caffeic acid derivatives and also their seed germination of conflower plants under all three irrigation regimes and the effects were greater by SA than by SPM application. However, maximum benefits were taken from the combined application of high concentration of SA(SA 150 mg L -1 + SPM 75 mg L -1 ). Key Words Purple coneflower, water deficit, salicylic acid, spermine, essential oil, caffeic acid derivatives.
تنش کمآبی یکی از مهمترین تنشهای غیرزنده است که بطور قابل ملاحظهای تولید گیاهان را کاهش میدهد و بر این اساس راهکارهای مختلفی برای کاهش اثر سوء تنش و بهبود تحمل به کمآبی پیشنهاد میشود. مطالعات نشان داده است که کاربرد اسید سالیسیلک و اسپرمین میتواند در افزایش رشد، تعدیل اثر تنشهای محیطی و تولید متابولیتهای ثانویه گیاه نقش ایفا میکند. این تحقیق در قالب دو آزمایش جداگانه بر روی گیاه دارویی سرخارگل در مزرعه و جوانهزنی بذرهای حاصل از آنها در آزمایشگاه انجام شد. در مزرعه در دو سال، تاثیر سه رژیم آبیاری (پس از تخلیه 20، 40 و 60 درصد رطوبت قابل استفاده خاک) و عامل محلولپاشی (عدم محلولپاشی، اسید سالیسیلیک در دو سطح 75 و 150 میلیگرم در لیتر، اسپرمین در یک سطح 70 میلیگرم در لیتر، اسید سالیسیلیک 75 + اسپرمین و اسید سالیسیلیک 150 + اسپرمین) بر خصوصیات فیزیولوژیک، مورفولوژیک، مراحل فنولوژیکی، عملکرد زیست توده و بذر، محتوای اسانس و مشتقات اسید کافییک گیاهان سرخارگل طی سالهای زراعی 1394 الی1396 انجام گرفت. آزمایش مزرعه بهصورت کرتهای خرد شده در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار اجرا گردید. که در آن سطوح آبیاری در کرتهای اصلی و تیمار های محلولپاشی در کرتهای فرعی قرار داده شدند. آزمایش جوانهزنی بذر جهت ارزیابی مولفههای جوانهزنی بذر حاصل از گیاهان سرخارگل که در آزمایش مزرعه تحت تاثیر سطوح مختلف آبیاری و محلولپاشی قرار گرفته بودند، بهصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. در آزمایش مزرعه، اعمال تنش کمآبی باعث کاهش خصوصیات مورفولوژیکی از جمله ارتفاع گیاه، تعداد پنجه و شاخص سطح برگ، مراحل فنولوژیک، شاخص پایداری غشاء، محتوای نسبی آب، محتوای کلروفیل، زیست توده، وزن هزار دانه و عملکرد بذر شد. همچنین تنش رطوبتی موجب افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی سوپراکسید دیسموتاز، آسکوربات پراکسیداز، کاتالاز و پراکسیداز، محتوای کارتنوئید، مالون دی آلدیید، پرولین، فلاونوئید، فنول، درصد و عملکرد اسانس برگ و گل، شاخص برداشت و همچنین طول، قطر، حجم و وزن ریشه گردید. در سطوح آبیاری 40 و 60 درصد تخلیه رطوبت در مقایسه با شاهد، وزن خشک اندامهای هوایی به ترتیب 29 و 49 درصد و عملکرد بذر 20 و 26 درصد کاهش یافت. تاثیر تنش کمآبی بر محتوای مشتقات اسید کافییک (شیکوریک اسید، کلروژنیک اسید، کافتاریک اسید، اکیناکوزید و سینارین) در ریشه، برگ و گل بسته به سطح تنش، نوع ترکیب و اندام گیاهی متفاوت بود. محلولپاشی گیاهان با اسید سالیسیلیک و اسپرمین باعث بهبود خصوصیات رشدی، زیست توده، عملکرد بذر و محتوای مشتقات اسید کافییک در ریشه، برگ و گل گردید. در اثر محلولپاشی گیاهان با اسید سالیسیلیک و اسپرمین غلظت فلاونوئیدها در برگ افزایش ولی غلظت ترکیبات فنولی کاهش یافت. در اثر محلولپاشی گیاهان با اسید سالیسیلیک با غلظت 75 و 150 میلیگرم در لیتر و اسپرمین با غلظت 75 میلیگرم، عملکرد خشک اندامهای هوایی به ترتیب 30، 43 و 13 درصد و عملکرد بذر 25، 49 و 12 درصد افزایش یافت. بیشترین میزان افزایش در خصوصیات رشدی، عملکرد و محتوای مشتقات اسید کافییک در تیمار محلولپاشی توام غلظت بالای اسید سالیسیلیک با اسپرمین بهدست آمد. در اثر تنش کمآبی درصد اسانس اندازهگیری شده در برگ و گل افزایش یافت ولی محلولپاشی گیاهان با اسید سالیسیلیک و اسپرمین موجب کاهش درصد اسانس در این اندامها گردید. بیشترین میزان افزایش در فعالیت آنزیم در اثر تنش خشکی برای کاتالاز مشاهده شد، در حالی که تاثیر مثبت محلولپاشی اسید سالیسیلیک و اسپرمین بر افزایش فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در مقایسه با دیگر آنزیمهای آنتیاکسیدانی بیشتر بود. در اثر تنش خشکی اعمال شده بر گیاهان مادری در مزرعه درصد و سرعت جوانهزنی، طول و وزن خشک ساقهچه، ریشهچه و گیاهچه، انرژی جوانهزنی، شاخص بنیه بذر و ضریب آلومتریک بذور حاصل از آنها کاهش یافت ولی محلولپاشی گیاهان مادری موجب بهبود جوانهزنی بذر آنها گردید. با توجه به نتایج حاصل از این آزمایش، محلولپاشی گیاهان سرخارگل با اسید سالیسیلیک و اسپرمین تحت هر سه رژیم آبیاری موجب بهبود صفات رشدی، عملکرد زیست توده و بذر، محتوای اسانس، محتوای مشتقات اسید کافییک و جوانهزنی بذر آنها گردید و میزان تاثیر سالیسیلیک اسید در مقایسه با اسپرمین بیشتر بود. با این حال، بیشترین تاثیرگذاری مثبت بر بیشتر صفات از کاربرد توام این دو ماده بهدست آمد. کلمات کلیدی : سرخارگل، تنش کمآبی، اسید سالیسیلک، اسپرمین، اسانس، مشتقات اسید کافییک