SUPERVISOR
احمد ارزانی (استاد راهنما) فرشاد حبیبی (استاد مشاور)
STUDENT
RAZIEH KIANI HARCHEGANI
راضیه کیانی هرچگانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Evaluation of Physiological Traits Associated with Salinity Stress in Aegilops cylindrica
Soil and water salinity limits the production potential of crop plants in large areas of the world. Due to our arid and semi-arid climate conditions and prolonged irrigation, Iran will be subjected to progressive salinity in the future. Hence, breeding for salinity tolerance of crop plants including staple crops such as wheat, is important. Exploitation of genetic diversity for salinity tolerance present in wild relatives of wheat can be considered as one of the efficient strategies. Aegilops cylindrica species is one of the valuable gene pool of wheat for salinity-tolerance mechanisms such as Na + exclusion. This study was conducted to evaluate the effect of salinity stress on agro-physiological traits using 88 genotypes of Aegilops cylindrica . The genotypes were grown under normal and salinity stress (300mM NaCl) conditions using split plot design with randomized complete block design in greenhouse at Isfahan University of Technology, Iran in 2013-14. Physiological and morphological traits including proline, carbohydrate, malondialdehyde, H 2 O 2 , relative water content, Na + , K + , Ca 2+ concentrations of leaves and roots, K + /Na + , Ca 2+ /Na + ratio, electrical conductivity of leaves and roots, plant and root wet and dry weight, root/shoot ratio, plant height, root length and salinity tolerance index were measured. The results of analysis of variance showed that salinity stress significantly affected all the measured traits. Salinity stress caused significant increases in carbohydrate, proline, hydrogen-peroxide, malondialdehyde content, Na + , Ca 2+ concentrations of root and leaves, electrical conductivity of leaves and roots, and root/shoot ratio while it led to significant decreased in the remaining traits. There were significant differences among Aegilops cylindrica genotypes for all of the measured traits. Under both conditions, positive and significant correlations were observed between K + /Na + ratio and plant dry weigh. Negative and significant correlations were observed between H 2 O 2 content and relative water content as well as proline content and between root wet weight and Na + concentrations under normal conditions. Negative and significant correlations were observed between Na + concentration and plant dry weight, K + concentration as well as between carbohydrates content and Na + concentration, malondialdehyde content, between H 2 O 2 content and plant wet weight, between proline content and K + /Na + ratio and between K + , Ca 2+ concentrations and Na + concentration of root under salinity stress conditions. The results of principle component analysis (PCA) showed the three first components justified 63.22 and 69.82 percent of total variations in normal and salinity stress conditions, respectively. On the basis of bi-plot, genotypes with highest first component (dry matter potential) and lowest second component (Na + uptake potential) had higher tolerance than other genotypes. According to cluster analysis, the genotypes were separated into three groups on the basis of physiological and morphological traits under normal and salinity stress conditions respectively. Groups one to three comprised 35, 28 and 25 genotypes in normal conditions and 26, 52 and 10 genotypes in salinity stress conditions. Overall, genotype number 44 possessed the highest wet and dry plant weight, salinity tolerance indices as well as the lowest electrolyte leakage of leaves, Na + concentration of roots and leaves and also highest first principle component and lowest second principle component under salinity stress, and thus detected as the most tolerant genotype and suggested to be used in future wheat breeding programs. Key word: Salinity stress, Aegilops cylindrica , Physiological traits, Wheat breeding.
شوری آب و خاک ظرفیت تولید گیاهان زراعی در بسیاری از مناطق جهان را محدود ساخته است. با توجه به شرایط آب و هوایی خشک و نیمه خشک و نظام آبیاری مدار کشور، معضل شوری آینده ایران حادترخواهد بود. بنابراین اصلاح برای تحمل به شوری در گیاهان زراعی و بویژه گندم که به عنوان مهم ترین گیاه زراعی مطرح می باشد، حائز اهمیت است. استفاده از تنوع ژنتیکی موجود در گونه های خویشاوند گندم که از تحمل به شوری بالایی برخوردارند، به عنوان یکی از راه کارهای مؤثر می باشد. Aegilops cylindrica به عنوان خزانه ژنی ارزشمند برای گندم از لحاظ مکانیسم های کارای تحمل به شوری از جمله عدم جذب یون Na + می باشد. این مطالعه با هدف بررسی تأثیر تنش شوری بر برخی صفات فیزیولوژیک و مورفولوژیک در 88 ژنوتیپ Aegilops cylindrica ، در قالب طرح کرت های خرد شده با طرح پایه بلوک های کامل تصادفی تحت شرایط شاهد و تنش شوری (300 میلی مولار NaCl)، در سال 92-1391 در گلخانه آموزشی-پژوهشی دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شد. صفات محتوای پرولین، کربوهیدرات محلول، مالون دآلدئید، پراکسید هیدروژن ، محتوای آب نسبی برگ، غلظت عناصر Na + ، K + ، Ca 2+ ، K + /Na + وCa 2+ /Na + برگ و ریشه، نشت الکترولیت های غشا برگ و ریشه، وزن تر و خشک شاخساره و ریشه، نسبت ریشه به شاخساره، ارتفاع شاخساره و شاخص تحمل به شوری اندازه گیری شد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تنش شوری تأثیر معنی داری بر همه صفات اندازه گیری شده داشته است. تنش شوری موجب افزایش معنی دار محتوای کربوهیدرات محلول، پرولین، پراکسید هیدروژن، مالون دآلدئید برگ، غلظت سدیم، پتاسیم، کلسیم، نشت الکترولیت های غشای برگ و ریشه و نسبت ریشه به ساقه و کاهش معنی دار سایر صفات شد. ژنوتیپ های Aegilops cylindrica از لحاظ همه صفات اختلاف معنی دار داشتند. در هر دو شرایط محیطی شاهد و تنش شوری همبستگی مثبت و معنی داری بین نسبت K + /Na + و وزن خشک شاخساره مشاهده گردید. همبستگی منفی و معنی دار بین محتوای H 2 O 2 با محتوای آب نسبی و پرولین و بین وزن تر ریشه با غلظت سدیم ریشه در شرایط شاهد مشاهده گردید. ارتباط منفی و معنی داری بین غلظت سدیم برگ با وزن خشک شاخساره و پتاسیم برگ، محتوای کربوهیدرات محلول با غلظت سدیم برگ و محتوای مالون دآلدئید، محتوای H 2 O 2 با وزن تر شاخساره، محتوای پرولین با نسبت K + /Na + و غلظت پتاسیم و کلسیم ریشه با غلظت سدیم ریشه در شرایط تنش شوری وجود داشت. در این شرایط همبستگی مثبت بین صفات وزن تر و خشک شاخساره با محتوای کربوهیدرات محلول، محتوای پرولین با غلظت سدیم برگ و نشت الکترولیت های غشا با غلظت سدیم برگ مشاهده شد. نتایج تجزیه به مولفه های اصلی نشان داد که سه مولفه اول 22/63 و82/69 درصد از تغییرات کل را در شرایط شاهد و تنش شوری توجیه نموده اند. بر اساس نمودار بای پلات حاصل از ترسیم مولفه اصلی اول و دوم، ژنوتیپ هایی که مولفه اصلی اول بالا (ظرفیت ماده خشک) و مولفه اصلی دوم (ظرفیت جذب سدیم ) پایینی داشتند از تحمل به شوری بالاتری نسبت به سایر ژنوتیپ ها برخوردار بودند. تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها را در شرایط شاهد و تنش شوری به سه گروه تقسیم نمود. در گروه اول تا سوم 35، 28 و 25 ژنوتیپ در شرایط شاهد و 26، 52 و 10 ژنوتیپ در شرایط تنش شوری قرار گرفت. در نهایت ژنوتیپ شماره 44 با دارا بودن بیشترین وزن تر و خشک شاخساره و شاخص تحمل به شوری و کمترین درصد نشت الکترولیت غشا برگ، غلظت سدیم برگ و ریشه و همچنین بیشترین مولفه اصلی اول (ظرفیت تولید ماده خشک) و کمترین مولفه اصلی دوم (ظرفیت جذب سدیم) از تحمل به شوری قابل توجهی برخوردار بوده و به عنوان متحمل ترین ژنوتیپ به شرایط تنش شوری شناخته شده و به منظور استفاده در برنامه های اصلاحی گندم معرفی گردید. کلمات کلیدی : تنش شوری، Aegilops cylindrica ، خصوصیات فیزیولوژیکی، اصلاح گندم