SUPERVISOR
Hamid Reza Eshghizadeh Samani,Parviz Ehsanzadeh,Morteza Zahedi
حمیدرضا عشقی زاده سامانی (استاد راهنما) پرویز احسان زاده (استاد مشاور) مرتضی زاهدی (استاد مشاور)
STUDENT
Shiba Samieadel
شیبا سمیع عادل
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
The response of wheat genotypes to water deficit under ambient and elevated CO2
In recent years, global efforts even in developing countries have been focused on mitigating the negative effects of climate change. In this regard, the occurrence of drought stress concurrent with risingatmosphericcarbon dioxide concentration is one of the most important challenges in the production of field crops such as wheat. Therefore, it is necessary to identify the responses of the wheat cultivars to the inevitable climate change in a mechanistic level. The present study was conducted to investigate the morphological, physiological and, biochemical responses of 23 wheat cultivars to different irrigation regimes (40% MAD "control", 75% MAD " water deficit stress") as thefactorial experiment arrangedin acompletely randomized design with three replications under two separate environments (ambient (400±50) and elevated air carbon dioxide concentrations (700±50 µmol mol -1 ) in 2017 at the greenhouses of Isfahan, Iran. The results showed that the elevated vs. ambient CO 2 increased averaged plant seed weight by 9 and 13% in normal and water deficit conditions, respectively. Elevated CO 2 had a significant positive effect on seed weight of ‘Alamut’, ‘Karaj’, ‘Marvdasht’, ‘Shiraz’, ‘Tajan’ and ‘Yavaros’ cultivars under normal irrigation conditions, but such an effect was not seen in other cultivars. However, the positively significant effects of elevated CO 2 was observed in studied wheat cultivars except for ‘Arg’, ‘Roshan’, ‘Sepahan’, ‘Shahriar’, ‘Sholeh’, ‘Sorkhtokhm’, ‘Yavaros’ and Hidhub, under water deficit condition. By increasing the CO 2 concentration, the average shoot dry weight of wheat cultivars increased by 49% and 34% under normal and water deficit conditions, respectively. The highest and lowest mean increase were observed in ‘Sholeh’ and ‘Karaj’, respectively, under normal irrigation (102 and 9%) and in ‘Sholeh’ and ‘Kavir’ respectively, under water deficit condition (94 and 4%). Under normal irrigation, elevated CO 2 increased the plant root weight (PRW) (78%),oluble sugar concentration (SSC) (31%), photosynthesis (A) (54%), intercellular CO 2 concentration (Ci) (21%), stomatal conductance (gs) (20%), Fv/Fm (0.4%) and plant leaf area (PLA) (16%), but it decreased malondialdehyde concentration (MDA) (30%), proline (Prol) (28%), catalase enzyme activity (CAT) (21%), ascorbate peroxidase enzyme activity (APX) (18%), guaiacol peroxidase activity (GPA) (20%), DPPH radicalcavengingactivity (DPPH) (11%), trairation (T) (20%), chlorophyll a ( Chla ) (20%), chlorophyll b ( Chlb ) (38%), carotenoids ( Car ) (27%) and plant height (PH) (3%). Under water deficit condition, elevated CO 2 increased PRW (50%), SSC (25%), A (35%), ci (21%), gs (27%), Fv/Fm (0.4%), PLA (24%), PH (7%), but it decreased MDA (30%),Prol (28%), CAT (21%), APX (20%), GPX (18%), DPPH (17%), T (31%), Chla (29%), Chlb (43%) and Car (35%). Generally based on the obtained results it could concluded that the amount and type of effects of elevated CO 2 on wheat growth vary with soil moisture condition and wheat cultivar. In addition, there was a considerable variation among the studied cultivars in terms of the examined characteristics rendering them potent to be used to improve the production efficiency of this staple crop species under climate change conditions. Keywords: Carbon dioxide, Climate Change, Chlorophyll b , DPPH radicalcavengingactivity, Genetic Diversity, Leaf stomatalconductance, Wheat.
در حال حاضر تلاش های جهانی حتی در کشورهای در حال توسعه، در جهت کاهش تاثیرات منفی تغییرات آب و هوایی متمرکز شده است. در این میان بروز تنش خشکی همزمان با افزایش غلظت دی اکسید کربن جو یکی از چالش های پیش رو در تولید محصولات زراعی از جمله گیاه گندم می باشد. بنابراین شناسایی میزان و سازوکار پاسخ ارقام گندم به شرایط محیطی پیشرو امری ضروری است. مطالعه حاضر بهمنظور ارزیابی واکنشهای فیزیولوژیک، بیوشیمیایی و رشد 23 رقم گندم تحت دو رژیم آبیاری (40 و 75 درصد حداکثرتخلیه مجازرطوبت قابل استفاده در خاک بهعنوان سطوح شاهد و تنش رطوبتی) بهصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در دو محیط متفاوت از نظر غلظت دیاکسیدکربن (390 و 700 میکرومول بر مول) در گلخانه های دانشگاه صنعتی اصفهان در سال 1395 اجرا شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت دی اکسیدکربن در مقایسه با شرایط معمول، میانگین وزن دانه در بوته ارقام گندم در شرایط آبیاری نرمال و تنش کم آبی به ترتیب 9 و 13 درصد افزایش یافت. افزایش غلظت دی اکسیدکربن در شرایط آبیاری نرمال بر وزن دانه ارقام الموت، کرج، مرودشت، شیراز، تجن و یاواروس تاثیر مثبت چشمگیری داشت ولی در سایر ارقام اثر معنی داری مشاهده نشد. این در حالی است که تحت شرایط تنش کم آبی به جز ارقام ارگ، روشن، سپاهان، شهریار، شعله، سرخ تخم، یاواروس و هیدهاب در سایر ارقام تاثیر مثبت و معنی دار غنی شدن غلظت دی اکسیدکربن مشاهده گردید. با افزایش غلظت دی اکسیدکربن، میانگین وزن خشک اندام هوایی ارقام گندم در شرایط آبیاری نرمال و تنش کم آبی به ترتیب 49 و 34 درصد افزایش یافت. بیشترین و کمترین میزان افزایش وزن خشک اندام هوایی در شرایط آبیاری نرمال به ترتیب برابر 102 درصد در رقم شعله و 9 درصد در رقم کرج و در شرایط تنش کم آبی به ترتیب برابر 94 درصد در رقم شعله و 4 درصد در رقم کویر مشاهده شد. تحت شرایط آبیاری نرمال با افزایش دی اکسیدکربن وزن خشک ریشه (78%)، غلظت قندهای محلول (31%)، سرعت فتوسنتز خالص (54%)، غلظت دی اکسیدکربن زیر روزنه ای (21%)، هدایت روزنه ای (20%)، Fv/Fm (4/0%) و سطح برگ (16%) افزایش ولی غلظت مالون دی آلدئید (30%)، و پرولین (28%)، فعالیت آنزیم کاتالاز (21%)، آنزیم آسکوربات پراکسیداز (18%)، آنزیم گایاکول پراکسیداز (20%)، و فعالیت مهار رادیکال DPPH (%11)، تعرق (20%)، غلظت کلروفیل a (%20)، غلظت کلروفیل b (%38)، غلظت کاروتنوئید (27%) و ارتفاع بوته (3%) کاهش یافت. این در حالی است که تحت شرایط کم آبی با افزایش دی اکسیدکربن محیط وزن خشک ریشه (50%)، غلظت قندهای محلول (25%)، سرعت توسنتز خالص (35%)، غلظت دی اکسیدکربن زیر روزنه ای (21%)، هدایت روزنه ای (27%)، Fv/Fm (4/0%)، سطح برگ (24%) و ارتفاع بوته (7%) افزایش و غلظت مالون دی آلدئید (30%)، و پرولین (28%)، فعالیت آنزیم کاتالاز (21%)، آنزیم آسکوربات پراکسیداز (20%)، آنزیم گایاکول پراکسیداز (18%) و فعالیت مهار رادیکال DPPH (%17)، تعرق (31%)، غلظت کلروفیل a (%29)، غلظت کلروفیل b (%43) و غلظت کاروتنوئید برگ (35%) کاهش پیدا کرد. به طور کلی نتایج آزمایش حاضر نشان داد که مقدار و نوع تاثیر افزایش غلظت دی اکسید کربن اتمسفر بر رشد گیاه گندم، به وضعیت رطوبت خاک و نوع رقم وابسته است. همچنین در بین ارقام مورد مطالعه تنوع قابل ملاحظه ای از نظر ویژگی های مورد ارزیابی مشاهده شد که این تنوع می تواند در راستای بهبود بهره وری تولید در شرایط تغییر اقلیم مورد استفاده قرار گیرد. کلمات کلیدی: تغییر اقلیم، تنوع ژنتیکی، فعالیت مهار رادیکال DPPH، کلروفیلb، دی اکسیدکربن، گندم، هدایت روزنه ای برگ