SUPERVISOR
Morteza Zahedi,M.Hossein Ehtemam,Hasan Karemmojeni,Jamshid Razmjoo ghalaie
مرتضی زاهدی (استاد مشاور) محمدحسین اهتمام (استاد راهنما) حسن کریم مجنی (استاد مشاور) جمشید رزمجو (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Rezaei
محمد رضائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Evaluation of seed germination aspects and effect of light quality and quantity on growth and yield of vitex (Vitex agnus-castus L.) under drought stress
To our knowledge, there has not been yet any reported comprehensive study on dormancy, cardinal temperatures, light responses, shading and drought tolerances of this species. Therefore, five separate experiments were conducted. The first experiment (dormancy breaking) was arranged in a factorial arrangement based on completely randomized design with 20 treatments and 3 replications. The treatments were physical seed dormancy breaking (hot water, scarifying by scarifier, H 2 SO 4 , and dimethyl sulfoxide) and physiological seed dormancy breaking (KNO 3 , ethephon, and gibberellin) methods. The highest germination percent was recorded under acid-scarification and GA 3 followed by mechanical scarification and non-scarification under GA 3 , respectively. Seeds under DMSO and hot water treatments did not germinate. In the second study (cardinal temperature estimation), three replicates of seeds were placed in the different germinators with different temperatures (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 and 40 ? C) for two weeks. The base temperature was obtained for D50 using beta (14.50), beta modified (8.89), segmented (15.07), and dent-like (15.51). The models showed an optimum temperature between 33 and 38 ? C for D50. In the third study, the treatments were three drought levels (irrigation after 50 (I 50 ), 70 (I 70 ) and 90% (I 90 ) depletion of the available soil water) and three shading levels (50 (S 50 ) and 80% shading (S 80 ) and full light (S 0 )). The experimental design was a split-block with three replications in which the main plots contained the shading levels and subplots included the irrigation regimes. In this experiment, except Cl b , other photosynthetic pigments content were not significantly affected by shading and drought levels. In parallel with trairation rate, photosynthetic rate was decreased under severe shading but it was not significantly affected by moderate shading. The interaction between shading treatment and irrigation regimes had no marked effects on proline, soluble sugars, anthocyanin, and phenol contents. Shading decreased MDA and H 2 O 2 concentrations, but increased RWC, leaf water potential, Na, Ca, Cu, Fe, Mn, and Zn concentrations. The activities of CAT and POX decreased under both shading treatments. The seed yield of chaste tree was lowest under combined severe drought and shading. The highest leaf essential oil content and yield, and seed essential oil yield were achieved under full light and non-stressed conditions. The highest ?-pinene and caryophyllene contents were recorded in the full light condition under 70% water depletion and the highest ?-terpinyl acetate was observed under 50% shading with 70% water depletion in the leaves. However, seeds had the highest ?-terpinyl acetate and caryophyllene contents under 80% shading with the 50% water depletion condition. In the fourth study, the treatments were similar with third study. In this experiment, under 50% shading, proline, soluble sugars, anthocyanin, MDA, flavonoid and phenol content, and CAT activity were increased under drought stress. The same procedure was observed under full sunlight. Applying of 80% shading increased some photosynthetic traits and leaf essential oil content. Shading decreased root volume and root dry weight. In the fifth study, the treatments were four light quality (Red, blue, white, and red-blue) and three drought levels (irrigation after 50, 70 and 90% depletion of the available soil water). A three replicate completely randomized design was used in this experiment. The red-blue light with 90% soil water depletion caused to the highest essential oil content. The responses of root to combination between light quality and drought were differ from leaves. The highest anthocyanin and proline content, root length, and root dry weight were observed under red light with 70% soil water depletion. GC analysis showed the presence of 25 compounds in chaste tree shoot subjected to different light quality and drought. Red-blue light resulted in a large number production of essential oil compositions. Overall, the results suggest that chaste tree seeds had both mechanical and physiological dormancies that could be broken by combination of GA 3 and sulfuric acid scarification treatments. The beta model because of high calculated R 2 values and low calculated RMSE values was reliable for determining cardinal temperatures. Chaste tree can be planted under 50% shading to cope with drought stress (70% water depletion) and as a result to decrease the amount of needed irrigation water. Red-blue light could be applied to produce some special essential oil compositions in chaste tree. Keywords: Cardinal temperatures, chaste tree, dormancy, drought stress, essential oil, light quality.
تاکنون مطالعه جامعی که بتواند اثرات تنش خشکی و اثر نور (کمیت و کیفیت) را در این گونه بررسی کند وجود ندارد. این پژوهش در قالب پنج مطالعه مجزا انجام شد. در مطالعه اول به منظور بررسی شکست خواب بذر، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار اجرا گردید. تیمارهای آزمایشی شامل روش فیزیکی شکست خواب بذر (آب گرم ، خراش با دستگاه اسکاریفایر، اسید سولفوریک و دی متیل سولفوکسید) وروش فیزیولوژیکی شکست خواب بذر ( نیترات پتاسیم ، اتفون و جیبرلین) بود. بیشترین درصد جوانه زنی در تیمار اسید سولفوریک + جیبرلین و بعد از آن در تیمار خراش دهی مکانیکی + جیبرلین به دست آمد. بذور تیمار شده با دی متیل سولفوکسید و آب گرم جوانه زنی نشان ندادند. در مطالعه دوم به منظور تعیین دماهای کاردینال، سه تکرار 25 بذری از گیاه ویتکس در دماهای 5، 10، 15، 20، 25، 30 ، 35 و 40 درجه سانتی گراد در ژرمیناتورهای مختلف با شرایط یکسان به مدت دو هفته قرار گرفتند. دمای پایه براساس تعداد روز لازم برای ?? درصد جوانه زنی با استفاده از مدل های دو تکه ای (07/15)، دندان مانند (51/15)، بتا (50/14) و بتای اصلاح شده (89/8)، محاسبه گردید. تمامی مدل ها دمای اپتیم را بین 33 الی 38 درجه سانتی گراد پیش بینی کردند. در مطالعه سوم به منظور ارزیابی آثار سایه و خشکی بر روی گیاه ویتکس آزمایشی دو ساله طراحی و به صورت بلوک های خرد شده (طرح نواری) در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. تیمارهای آزمایش شامل سه سطح سایه (عدم سایه، 50 و 80% سایه) وسه سطح آبیاری ( شامل آبیاری پس از 50، 70 و 90 درصد رطوبت قابل استفاده خاک) بودند. سطوح تیمار خشکی عمود بر سطوح تیمار سایه در نظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که به غیر از کلروفیل b محتوای سایر رنگیزه های فتوسنتزی از اثر سایه و خشکی متاثر نگردیدند. میزان فتوسنتز در شرایط سایه شدید کاهش یافت، ولی در شرایط سایه متوسط تغییری نکرد. برهمکنش سایه و خشکی اثرات معنی داری بر روی محتوای پرولین، قند محلول، آنتوسیانین و فنول نداشت. سایه موجب کاهش فعالیت آنزیم های کاتالاز، پراکسیداز، محتوای مالون دی آلدهید و پراکسید هیدروژن شد، ولی میزان محتوای نسبی آب برگ، پتانسیل آب برگ ، سدیم، کلسیم، آهن، مس، منگنز و روی را افزایش داد. عملکرد بذر در شرایط همزمان سایه و خشکی شدید به شدت کاهش یافت. بیشترین مقدار عملکرد بذر و اسانس برگ و بذر در تیمار نور کامل و عدم تنش رطوبتی حاصل شد. آلفاپینن و کاریوفیلن در نور کامل و تحت تنش متوسط و بتاترپینل استات در سایه متوسط و تحت تنش متوسط در برگ ها از مقدار بالایی برخوردا بودند. در حالی که، در بذور، بیشترین میزان بتاترپینل استات و کاریوفیلن در شرایط 80 درصد سایه و عدم تنش رطوبتی مشاهده گردید. مطالعه چهارم به منظور بررسی اثر سایه و خشکی بر اندام هوایی و ریشه گیاه ویتکس اجرا گردید. تیمارهای آزمایشی در این مطالعه مشابه با مطالعه سوم بود. نتایج این مطالعه نشان داد در تیمار 50 درصد سایه در شرایط تنش خشکی محتوای فنول کل، قندهای محلول، آنتوسیانین، فلاونوئید، پرولین، مالون دی آلدهید و فعالیت آنزیم کاتالاز بیشتر بود. کاربرد تیمار 80 درصد سایه محتوای برخی از صفات فتوسنتزی و محتوای اسانس را افزایش داد. کاربرد سایه در ریشه موجب کاهش حجم و وزن خشک ریشه گردید. مطالعه پنجم به منظور بررسی اثر کیفیت نور و تنش خشکی بر گیاه ویتکس انجام شد. تیمارهای آزمایشی در این مطالعه شامل چهار سطح نور (آبی، قرمز، قرمز-آبی و سفید) و سه سطح آبیاری (50، 70 و 90 درصد تخلیه رطوبتی) بود که به صورت طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار اجرا گردید. بیشترین مقدار محتوای اسانس در تیمار ترکیبی نور قرمز-آبی و 90 درصد تخلیه رطوبتی به دست آمد. پاسخ ریشه گیاه ویتکس در مقایسه با برگ این گیاه به برهمکنش بین کیفیت نور و تنش خشکی متفاوت بود. بیشترین مقدار محتوای آنتوسیانین و پرولین، طول ریشه و وزن خشک ریشه تحت تیمار ترکیبی نور قرمز و 70 درصد تخلیه رطوبتی مشاهده شد. در این مطالعه آنالیز کراماتوگراف گازی تعداد 25 ترکیب را در اندام هوایی ویتکس نشان داد. بیشترین میزان ظهور و بروز ترکیبات اسانس زمانی اتفاق افتاد که نور قرمز به همراه نور آبی به کار برده شد. در کل، نتایج این مطالعه نشان داد که بذور گیاه ویتکس هم دارای خواب فیزیکی و هم دارای خواب فیزیولوژیک هستند که می تواند با کاربرد خارجی جیبرلین بعد از تیمار با اسید سولفوریک برطرف گردد. تابع بتا به دلیل بالا بودن ضریب ارزیابی (99/0) می تواند مدل مناسبی برای تعیین دماهای کاردینال در این گیاه در نظر گرفته شود. به منظورکاهش اثرات منفی تنش خشکی متوسط (70 درصد تخلیه)، گیاه ویتکس می تواند در شرایط سایه متوسط (50 درصد) کشت گردد. تیمار نوری قرمز-آبی می تواند به منظور تولید ترکیبات خاص در اسانس گیاه ویتکس برای استفاده های دارویی و صنعتی استفاده گردد. کلمات کلیدی : دماهای کاردینال، ویتکس، خواب بذر، تنش خشکی، اسانس، کیفیت نور