SUPERVISOR
علی نیک بخت (استاد راهنما) مصطفی عرب (استاد مشاور) محمد مهدی مجیدی (استاد مشاور) نعمت اله اعتمادی شلمزاری (استاد راهنما)
STUDENT
Mohamad hossein Sheikh mohamadi
محمدحسین شیخ محمدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
TITLE
Study on Morphological, Physiological and Biochemical Characteristics in Wheatgrass Population and Its Tolerance to Drought and Salinity Stresses
Drought and salinity stresses are the most important environmental factors that limit the growth of lawn in arid and semi-arid areas. The stresses are the major challenges in lawn management which are the results of limitation of sweet water for irrigation and increase in the non-drinkable water for the lawn irrigation. Using resistant species and genotypes is one of the most important strategies for reducing the water need and resistance to the stresses. Due to the specific conditions in Iran land and the ability of plants in adaptation with the conditions of any filed for long years, the probability of presence of thin-leaf resistant species to the stresses is very high in Iranian lawn germplasm. To do so, 5 experiments were carried out on 20 populations of Iranian wheatgrass and Tall fescue cultivar Van Gogh. In the first experiment, assessment of germination and seedling growth indexes of wheatgrass populations were conducted in the drought and salinity stresses, using different factorial experiments in complete randomized block design with four replications. The results showed that populations of Fereidan, Ardakan, Shahroud, Mobareke, Jiroft, Sabzevar and Tall fescue cultivar Van Gogh had good tolerance in the germination step and seedling growth against drought stress and populations of Farydan, Ardakan, Shahroud, Jiroft and Tall fescue cultivar Van Gogh had good tolerance in the germination step and seedling growth against the salinity stress. In the second experiment, quality determination and morphological characteristics of wheatgrass populations in factorial experiment in complete randomized block design with four replications, were done. The results showed 11 populations had appropriate quality (score 6 or above), appropriate tissues (lower than 3mm) and high tillering which represents the optimum yield of lawn quality in these populations, therefore they can be used as lawn. The aim of third experiment was to investigate the extent of self-incompatibility and pollination system in the wheatgrass populations. It was done in complete randomized block design with four replications. The results showed that a high genetic diversity among the populations studied based on morphological and seed characteristics. Selfing was varied from 0% to 17.72% in Gheydar and Saveh and Darab populations, respectively. The highest and lowest percentage of self-incompatibility were in Darab (21/7%) and Gheydar and Saveh (0%), respectively. In the fourth experiment, assessment of cytogenetic diversity and study of ploidy level were done in wheatgrass population in the complete randomized experimental design. The results of this experiment showed a high diversity in the ploidy level among genotypes studied and tetraploid, hexaploid, tetraploid, decaploid and diploid levels were observed. The populations had 7-base chromosome. In the fifth experiment, the study of some morphological, physiological and biochemical characteristics to the drought and salinity stresses in for populations, using factorial experiment in complete randomized block design with four replications, was conducted. The result showed that drought and salinity stresses decreased the height, tissues, and tillering, dry and fresh weight of shoot. The amount of these reductions in Ardakan population was lower than three other populations. In Ardakan population showed appropriate quality (score 6 or above) and lower dryness percentage during 15-30 days after stress starts. Jiroft and Sabzevar populations showed appropriate quality (score 6 or above), 15 days after the drought and salinity stresses start, then, lawn quality decreased. The drought and salinity stresses reduced the non-structural carbohydrate and chlorophyll, soluble sugar and relative water content. The amount of these reductions in Ardakan was lower than the other populations. As the drought and salinity stresses take long time, electrolyte leakage, peroxidation of fatty acids and peroxide hydrogen were considerably increased in the populations. The lowest electrolyte leakage, peroxidation of fatty acids and peroxide hydrogen was observed in Ardakan population. The result showed the amount of proline, the activity of diamine oxidase enzymes, polyamine oxidase, superoxide dismutase, peroxidase, ascorbate peroxidase, catalase and glutathione in the population were higher than the other populations. Finally based on the experimental results, it can be stated that Ardakan population can be used as a low-input lawn in the urban green spaces which face drought and salinity stresses. Keywords: Drought stress, Salinity stress, Wheatgrass, Pollination systems, Cytogenetic, Flow cytometry
تنشهای خشکی و شوری ازجمله مهمترین عوامل محیطی محدودکننده رشد چمنها در مناطق خشک و نیمهخشک میباشند. این تنشها، چالشهای اصلی در مدیریت چمن بوده که نتیجه محدودیت آب شیرین برای آبیاری و افزایش استفاده از آبهای باکیفیت کم برای آبیاری چمن میباشند. یکی از مهمترین استراتژیها برای کاهش نیاز آبی و تحمل به تنشهای خشکی و شوری، استفاده از گونهها و تودههای مقاوم میباشد. با توجه به شرایط خاص اقلیم ایران و توانایی گیاهان در سازگاری با شرایط هر منطقه در طی سالیان دراز، احتمال وجود گونههای باریک برگ مقاوم به خشکی و شوری در ذخیره ژنتیکی ایران بسیار زیاد است. با این هدف، 5 آزمایش بر روی 20 توده بومی علف گندمی و رقم ونگوگ چمانواش بلند به اجرا درآمد. در آزمایش اول ارزیابی شاخصهای تنژگی و رشد دانهال تودههای علف گندمی در شرایط تنش خشکی و شوری بهصورت دو آزمایش مجزا بهصورت فاکتوریل، در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی با چهار تکرار اجرا گردید. نتایج نشان داد تودههای فریدن، اردکان، شاهرود، مبارکه، جیرفت، سبزوار و رقم ونگوگ چمانواش بلند دارای تحمل خوبی در مرحله تنژگی و رشد دانهال نسبت به تنش خشکی و تودههای فریدن، اردکان، شاهرود، جیرفت و رقم ونگوگ چمانواش بلند دارای تحمل خوبی در مرحله تنژگی و رشد دانهال نسبت به تحت تنش شوری هستند. در آزمایش دوم تعیین کیفیت و ویژگیهای مورفولوژیک تودههای علف گندمی بهصورت فاکتوریل بر پایه ی بلوک کامل تصادفی با چهار تکرار صورت پذیرفت. نتایج این آزمایش نشان داد، 11 توده، کیفیت مناسب (امتیاز 6 یا بالاتر)، بافت مناسب (کمتر از 3 میلیمتر) و پنجهزنی بالا را کسب کردهاند که نشاندهنده عملکرد مطلوب کیفیت چمنی در این تودهها هست و میتوانند بهعنوان چمن مورداستفاده قرار بگیرند. هدف از آزمایش سوم، بررسی میزان خود ناسازگاری و سیستم گردهافشانی در تودههای علف گندمی بود، این آزمایش در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با چهار تکرار به اجرا درامد. نتایج نشان داد که بین تودههای موردمطالعه در صفات مورفولوژی و بذری گوناگونی ژنتیکی بالایی وجود دارد. خودگشنی در بین تودههای موردمطالعه بین صفر درصد در تودههای قیدار و ساوه تا 72/17 درصد در توده داراب متغیر بود. توده داراب با 7/21 خودسازگاری، دارای بالاترین درصد خودسازگاری و تودههای قیدار و ساوه با میانگین صفر درصد خودسازگاری دارای کمترین مقدار میباشند. در آزمایش چهارم ارزیابی گوناگونی سیتوژنتیک و مطالعه سطح پلوئیدی تودههای چمن علف گندمی در قالب طرح آزمایشی کاملاً تصادفی صورت پذیرفت. نتایج این آزمایش نشان داد، ازنظر سطوح پلوئیدی در بین ژنوتیپ های موردمطالعه گوناگونی بالایی وجود داشت، بهطوریکه سطوح تتراپلوئید، هگزاپلوئید، تتراپلوئید، دکاپلوئید و دیپلوئید در تودههای موردبررسی مشاهده گردید. تمامی تودههای بررسیشده ازنظر کروموزوم پایه 7 بودند. در آزمایش پنجم، مطالعهی برخی جنبههای مورفولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی تحمل به تنش خشکی و شوری در تودههای چمن علف گندمی بهصورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با چهار تکرار انجام گرفت. نتایج نشان داد، تنش خشکی و شوری، ارتفاع، بافت، پنجهزنی، وزنتر و خشک اندام هوایی را کاهش داد. میزان این کاهش در توده اردکان کمتر از سه گونه دیگر بود. توده اردکان طی روزهای 15 و 30 روز پس از آغاز تنش، کیفیت مناسب (امتیاز 6 یا بالاتر) و درصد خشکیدگی پایین نشان داد. توده جیرفت و توده سبزوار ، 15 روز پس از آغاز اعمال تنش خشکی و شوری، کیفیت مناسب (امتیاز 6 یا بالاتر) نشان دادند و سپس کیفیت چمن روندی نزولی پیش گرفت. تنش خشکی و شوری، محتوی کلروفیل و کربوهیدرات غیر ساختاری، قند محلول و محتوی آب نسبی را کاهش داد، میزان این کاهش در توده اردکان کمتر از سه گونه دیگر بود. با طولانی شدن تنش خشکی و شوری، نشت الکترولیت، پراکسیداسیون اسیدهای چرب و هیدروژن پراکسید در تمامی گونههای موردبررسی بهشدت افزایش پیدا کرد. کمترین نشت الکترولیت، پراکسیداسیون اسیدهای چرب و هیدروژن پراکسید در توده اردکان مشاهده شد. نتایج نشان داد در توده متحمل، میزان پرولین، فعالیت آنزیمهای دی آمین اکسیداز، پلی امین اکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز، پراکسیداز، آسکوربات پراکسیداز، کاتالاز و گلوتاتیون در سطح بالاتر و معنی تری نسبت به سایر تودهها قرار دارد. در پایان و بر اساس نتایج حاصل از آزمایشهای انجامشده میتوان اظهار کرد که توده اردکان قابلیت استفاده بهعنوان چمن کم نهاده در فضاهای سبز شهری که با تنش خشکی و شوری مواجه هستند را دارد. کلمات کلیدی: تنش خشکی، تنش شوری، چمن، علف گندمی، سیستم گردهافشانی، سیتوژنتیک، فلوسایتومتری