SUPERVISOR
مهدی رحیم ملک (استاد مشاور) محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد راهنما)
STUDENT
Mahboobeh Armanpoor
محبوبه آرمان پور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
The Study of Genotype and Environment Interaction on Growth, Production and Secondary Metabolites of Stevia and Basil under LED Lights
In urban agricultural systems, the main issue is choosing the suitable light source and its appropriate management. On the other hand, one of the most influential factors on growth and plant secondary metabolites is the intensity and quality of light applied. Therefore, using plant vertical farming has many advantages which can lead to guaranteed increase in crop quality and quantity with controlling and management of light. Novel LED technology, accompanied with modern greenhouses, has increased production and its efficiency in fruits, vegetables and medicinal plants and also has provided the condition for optimization of light-dependent processes of crop production. Also, monochromatic LED lights can increase the content of plant secondary metabolites. The two species of Stevia ( Stevia rebaudiana ) and basil ( Ocimum basilicum ) are among Lamiaceae medicinal plants. In this study, the effect of LED lights on morphological, physiological and biochemical characteristics of two genotypes of stevia and six genotypes of basil was evaluated in two separate trials according to a completely randomized design with tree replications and in a pot experiment. The light treatments were 5 light environments including 4 LED environments of red, blue, red-blue and white LEDs and natural light (greenhouse). The LED incubators were fabricated in four separate cabinets with one of 100% red light, 100% blue light, 70%red-30%blue combinational light or 100% white light. The light intensity was adjusted on 300 ?Mol photons m?2 s?1. The results showed that the performance of different genotypes was not the same in different LED environments. In Stevia, the highest fresh and dry weight of shoot was observed under red light and the highest concentration of chlorophyll and carotenoids were measured under red-blue lights. Also, under red light, significant increase in stevioside and rebaudioside content was detected. In contrast, in basil, fresh and dry weights were increased under red-blue LED lights and the highest content of phenolics and flavonoids were observed under blue and red LED lights. Among the genotypes, purple genotypes like Mobarakeh-purple were superior in terms of growth and productivity compered to their green counterparts. For the most morphological characteristics, basil genotypes have the highest phenotypic and genetic variation under red-blue LEDs indicating the highest level of genotype by environment interaction under this LED environment. Therefore, selection of the best genotype is performed better under red-blue combinational light than the other environment and greenhouse condition. Based on the bi-plot analysis, the best combinations of basil genotype and light environment in terms of growth and productivity were Ardestan-purple grown under red LED light and Mobarakeh-purple grown under red-blue LEDs. Regarding plant quality, the content of sweetener, stevioside, in Stevia and the flavonoid, rutin, in basil were highly expressed and accumulated under red LED light. In contrast, many phenolic compounds were not expressed in plants grown in greenhouse. It seems that both quality and quantity of plants have been improved under LED lights compared to greenhouse cultural condition. Key words : Stevia, Basil, Artificial light, LED, Flavonoid, Interactions
در سیستم های تولید کشاورزی شهری، مهم ترین مسئله انتخاب منبع نور مناسب و مدیریت صحیح آن است. از طرف دیگر یکی از بزرگترین عوامل مهم وتاثیرگذار بر رشد و میزان متابولیت های گیاه، نور است که کیفیت و شدت آن بسیار حائز اهمیت است. بنابراین با استفاده از کشت گیاهان به صورت عمودی که مزایای متنوعی در پی دارد، می توان با کنترل نور و مدیریت آن موجب تضمین افزایش کمی و کیفی محصول شد. تکنولوژی نوظهور LED همراه با گلخانه های پیشرفته، تولید و میزان بهره وری را در زمینه های تولید میوه ها، سبزیجات و گیاهان دارویی افزایش داده و همچنین موجب بهینه سازی فرآیندهای وابسته به نور در تولیدات گیاهی شده است. از طرف دیگر، نورهای تک فام LEDمی توانند محتوا و میزان متابولیت های ثانویه در گیاهان را افزایش دهند. از جمله گیاهان دارویی، گیاه دارویی استویا ( Stevia rebaudiana ) و ریحان( Ocimum basilicum ) می باشند. این تحقیق با هدف ارزیابی اثر نورهایLED بر صفات مورفولوژیک، فیزیولوژیک وبیوشیمیایی 2 ژنوتیپ گیاه استویا و 6 ژنوتیپ ریحان انجام شد که به صورت جداگانه در قالب طرح کامل تصادفی با سه تکرار در شرایط گلدانی اجرا گردید. تیمارهای این آزمایش شامل 5 محیط نوری شامل 4 محیط LED (نورهای قرمز، آبی، ترکیب قرمز-آبی، سفید ) و نور طبیعی (گلخانه) بود. دستگاه LED ساخته شده با 100% نور آبی، 100 % قرمز ، ترکیب 30%آبی-70% قرمز و 100% سفید LED با شدت 300 میکرومول فوتون بر متر مربع بر ثانیه در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که عملکرد ژنوتیپ های مختلف در نورهای LED یکسان نبود. به این صورت که در گیاه استویا بیشترین افزایش وزن تر و خشک اندام هوایی در نور قرمز و بیشترین غلظت کلروفیل و کاروتنوئید در نور قرمز-آبی مشاهده شد. همچنین در نور قرمز، افزایش معنی داری در میزان استویوزاید و ربودیوزاید گیاه استویا اندازه گیری گردید. در مقابل در گیاه ریحان، وزن تر و خشک گیاه تحت نور قرمز-آبی افزایش بیشتری نشان داد و محتوای ترکیبات فنولی و فلاونوئید در نور آبی و قرمز افزایش معنی داری را نشان داد. در بین ژنوتیپها، ژنوتیپ های بنفش ریحان بویژه مبارکه بنفش از نظر رشد و تولید و واکنش به محیط نوری نسبت به همتایان سبز خود برتری داشتند. برای اکثرصفات بویژه صفات موفولوژیک، ژنوتیپ های ریحان در نور قرمز-آبی دارای بیشترین تنوع فنوتیپی و ژنتیکی بودند که این مطلب می تواند بیان کننده بالاترین سطح اثر متقابل ژنوتیپ و محیط در این نور باشد. بنابراین انتخاب بهترین ژنوتیپ تحت تاثیر نورهای ترکیبی قرمز-آبی بهتر از سایر محیط ها بویژه گلخانه صورت می گیرد. بر اساس نتایج تجزیه بای پلات، بهترین ترکیب ژنوتیپ های ریحان و محیط نوری از نظر میزان رشد و تولید، اردستان بنفش در نور قرمز و بعد از آن ژنوتیپ مبارکه بنفش در نور قرمز-آبی بودند. از نظر کیفیت گیاه، میزان شیرین کننده استویوزاید در استویا و فلاونوئید روتین در ریحان به میزان زیادی تحت نورهای LED قرمز بروز نموده و در بافت گیاهی تجمع کردند. در مقابل بسیاری از ترکیبات فنلی در ریحان رشد یافته در گلخانه بروز نداشتند. به نظر می رسد کمیت و کیفیت گیاه به طور همزمان تحت نور LED در مقایسه با تولید در گلخانه بهبود پیدا کرده است. واژگان کلیدی : استویا، ریحان، نور مصنوعی، LED، فلاوونوئید، آثار متقابل