SUPERVISOR
مرتضی زاهدی (استاد مشاور) حمیدرضا عشقی زاده سامانی (استاد راهنما) عادل غدیری (استاد مشاور)
STUDENT
HASTI ASADI
هستی اسدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1397
TITLE
The response of common bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes to different soil-water condition under ambient and elevated CO2
Common beans ( Phaseolus vulgaris L.) are of the most crucial nutritional plants rich of protein and are the most important legumes in the world and and also in Iran. On the other hand, drought stress is themajorlimiting factorforcrop productivity and achieving maximum yield potential. However, the atmospheric CO 2 concentratiowill reach 700-800 µmol mol -1 by the end of the 21st century, according to the IPCC. Accordingly, an open-top chamber experiment was conducted at Isfahan University of Technology, Iran, to evaluate the growth and some physiological characteristics of common bean genotypes under different atmospheric CO 2 concentration and irrigation water levels. Fifteen common bean genotypes (cheetah, red and white common beans) were grown under two irrigation regimes (based on 40 and 65% soil-water depletion as control and water deficit treatments, respectively) as a factorial experiment in a randomized complete block design with three replications at two atmospheric CO 2 conditions (400 ± 50 and 700 ± 50 ?mol mol -1 ). The results showed that with increasing CO 2 , the average shoot dry weights of common bean cultivars were enhanced by 82 and 44% under the control and water-limited conditions, respectively. The highest and the lowest increases of shoot dry weights under control irrigation belonged to Cos16 and Pak cultivars (173 and 21%) and under water-limited irrigation belonged to Sadri and Akhtar cultivars (145 and 16%), respectively. Under ambient CO 2 , water deficit reduced root dry weights of bean cultivars excluding Cos16, Ofogh, Almas, Dorsa, Saleh and Sadri. The highest and the lowest decreases were observed in Derakhshan (45%) and Shekoofa (20%) cultivars, respectively. However, under elevated CO 2 , root dry weight was also reduced in by water deficit stress but not in bean cultivars of Akhtar, Daneshkadeh, Dorsa, Shekoofa, Sadri and Ghaffar cultivars. The highest and lowest decreases were observed in Almas (56%) and Goli (28%) cultivars, respectively. Water deficit decreased chlorophyll a concentration of Cos16 and Sadri cultivars under both ambient and elevated CO 2 , while no significant effects of water deficit was observed on Derakhshan and Yaghoot cultivars. Increased CO 2 under control irrigation decreased the enzyme activity of catalase in Cos16, Derakhshan and Sadri cultivars but increased catalase activity in Yaghoot. While under water-limited condition, increasing CO 2 reduced the catalase activity in Sadri and Yaghoot but not those of the other two cultivars. Elevated CO 2 increased the water stress susceptibility index (SSI) of Cos16, Ofogh, Koosha, Goli and Yaghoot cultivars but decreased SSI related to Almas, Shekoofa, Sadri and Ghaffar cultivars. However, SSI values of the other cultivars were not affected by elevated CO 2. In general, it can be stated that there was considerable genetic variation among common bean cultivars in response to elevated CO 2 under both control and water-limited conditions. In addition, the effect of elevating CO 2 on dry matter accumulation and physiological characteristics of bean plants depended on soil moisture and cultivar. Also, under the influence of CO 2 concentration, reducing or increasing sensitivity to water stress was cultivar dependent. The results of the present study may be useful in improving crop production management as well as in developing new breeding strategies for introducing common bean genotypes in the face of climate change. Keywords: Antioxidant enzyme activity, Bean, Carbon dioxide, Genetic diversity, Stress susceptibility index
لوبیا یکی از گیاهان تغذیهای مهم، منبع سرشار از پروتئین و از مهمترین حبوبات ایران و جهان محسوب میشود. از سوی دیگر خشکی مهمترین عامل محدودکننده تولیــدات کشاورزی به شمار میرود که گیاه را از رسیدن به حداکثر توان محصول دهی باز میدارد. این در حالی است که بر اساس گزارش مجمع بیندول تغییر اقلیم (IPCC) تا پایان قرن 21، غلظت دیاکسید کربن جو به 800-700 میکرو مول بر مول خواهد رسید. بنابراین مطالعه حاضر با هدف ارزیابی رشد و برخی ویژگی های فیزیولوژیک ژنوتیپ های مختلف لوبیا در شرایط متفاوت غلظت دیاکسید کربن هوا و رطوبت خاک انجام شد. تعداد 15 ژنوتیپ لوبیا (لوبیاچیتی، قرمز و سفید) تحت دو سطح تخلیه رطوبتی خاک (تخلیه 40و 65 درصد رطوبت قابلاستفاده در خاک به ترتیب به عنوان آبیاری شاهد و کم آبی) بهصورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار در دو محیط غلظت معمول (400 میکرو مول در مول) و غنی شده (700 میکرو مول در مول) دیاکسید کربن، در واحدهای پژوهشی تحصیلات تکمیلی گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشگاه صنعتی اصفهان مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت دیاکسید کربن، میانگین وزن خشک اندام هوایی ارقام لوبیا در شرایط آبیاری شاهد و تنش کم آبی به ترتیب 82 و 44 درصد افزایش یافت. بیشترین و کمترین میزان افزایش وزن خشک اندام هوایی در شرایط آبیاری شاهد به ترتیب برابر 173 درصد در رقم Cos16 و 21 درصد در رقم پاک و در شرایط تنش کم آبی به ترتیب برابر 145 درصد در رقم صدری و 16 درصد در رقم اختر مشاهده شد. در شرایط غلظت معمول دیاکسید کربن ، تنش کمآبی وزن خشک ریشه ارقام لوبیا را بهجز Cos16، افق، الماس، درسا، صالح و صدری کاهش داد، بیشترین و کمترین کاهش به ترتیب در ارقام درخشان (45 درصد) و شکوفا (20 درصد) مشاهده شد. این در حالی است که تحت شرایط غنیشده دیاکسید کربن کاهش وزن خشک ریشه در اثر تنش کمآبی بهجز ارقام اختر، دانشکده، درسا، شکوفا، صدری و غفار در سایر ارقام از نظر آماری معنیدار بود، بیشترین و کمترین کاهش به ترتیب در ارقام الماس (56 درصد) و گلی (28 درصد) مشاهده شد. در اثر تنش کم آبی در هر دو شرایط غلظت معمول و غنیشده دیاکسید کربن، غلظت کلروفیل a ارقام Cos16 و صدری کاهش نشان داد درحالیکه در ارقام درخشان و یاقوت تفاوتی مشاهده نشد. با افزایش غلظت دیاکسید کربن در شرایط آبیاری شاهد، فعالیت آنزیم کاتالاز برگ در ارقام Cos16، درخشان و صدری کاهش ولی در رقم یاقوت افزایش نشان داد. درحالیکه افزایش غلظت دیاکسید کربن در شرایط کمآبی فعالیت آنزیم کاتالاز برگ ارقام صدری و یاقوت را کاهش داد ولی در دو رقم دیگر بدون تأثیر بود. تغلیظ دیاکسید کربن، شاخص حساسیت به تنش کمبود آب را در ارقام Cos16، افق، کوشا، گلی و یاقوت افزایش و در ارقام الماس، شکوفا، صدری و غفار کاهش داد. مقدار این شاخص در سایر ارقام لوبیا تحت تأثیر غلظت دیاکسید کربن قرار نگرفت. به طور کلی می توان بیان کرد که تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه ای در ژنوتیپ های لوبیا در پاسخ به افزایش غلظت دی اکسید کربن در شرایط آبیاری شاهد و کم آبی وجود داشت. به علاوه، میزان تأثیر غلظت دی اکسید کربن بر تجمع ماده خشک و ویژگی های فیزیولوژیکی مطالعه شده در گیاه لوبیا به شرایط رطوبت خاک و رقم وابسته بود. همچنین تحت تأثیر تغلیظ دیاکسید کربن، کاهش یا افزایش حساسیت به تنش کمبود آب در گیاه لوبیا به نوع رقم وابستگی داشت. نتایج مطالعه حاضر می تواند در بهبود مدیریت تولید و نیز ترسیم راهبردهای جدید اصلاحی ژنوتیپ های لوبیا در شرایط تغییر اقلیم موثر باشد. کلمات کلیدی: تغلیظ دی اکسید کربن، تنوع ژنتیکی، حساسیت به تنش خشکی، فعالیت آنزیم آنتی اکسیدان، لوبیا