SUPERVISOR
بهرام بانی نسب (استاد راهنما) مهدیه غلامی (استاد راهنما) محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد مشاور) مجید طالبی (استاد مشاور)
STUDENT
Somayeh Nasseri
سمیه ناصری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394
TITLE
The physiological, biochemical changes and regulatory gene expression associated to frost, and the role of polyamines in three domestic almond cultivars
Since, the critical temperatures affecting the bud and the associated damage are variable and unknown for most of the local almond cultivars, one of the aims of this study was to identify the critical temperatures of almonds buds at different development stages. Three almond cultivars including ?Moheb? (early flowering), ?Mamaie? (medium-flowering) and ?Rabi? (Late flowering) were tested during the late winter to early spring seasons of 2018 and 2019. The results showed that the highest resistance to low temperature was observed in ?Rabi? in 2018 and in ?Mamaie? in 2019. ?Moheb? with the lowest resistance had the highest ion leakage in both years. The results also showed that with the advancement of the phenological stage of flower buds, the frost resistance decreased in all cultivars and the value of the lethal temperature changes depending on the year, cultivar and bud development stage. The study tested the effect of artificial chilling on the depth of endodormancy and the percentage of flower and vegetative budbreak, using the excised shoot method, in selected above almond cultivars. According to the results, the cultivars showed a narrow range of both chill and heat requirements (growing degree hours, GDH) for acceptable levels of flower budbreak, i.e. Moheb’ (250 h and 2132 GDH), ‘Mamaie’ (500 h and 2460 GDH) and ‘Rabi’ (500 h and 2624 GDH). In general, maximum budbreak was reached with less chilling accumulation in flower buds compared with vegetative buds. Excessive chilling caused a reduction of the heat requirements in flower and vegetative buds. By studying the biochemical changes in flower buds and their relationship with the mean time to budbreak, we conclude that the response of enzymatic and non-enzymatic antioxidant system was different in almond cultivars during different years. Although, the synthesis of osmotic compounds such as proline, total carbohydrates, sucrose, fructose and glucose increased with chilling in all studied cultivars, ?Moheb? had the lowest accumulation of these compounds during the dormancy and release of dormancy. At the starting date of experiment, before receiving any natural chilling, the concentration of polyamines was low in the buds. At the late stages, there was an inconsistent trend in differences in almond bud putrescine, spermidine, and spermine among cultivars. The highest activities of the catabolic enzymes of polyamines found at earlier stages of dormancy. By examining the level of damage in freezing stress conditions through measuring the water and total carbohydrate content in the shoots and flower buds, we observed that the degree of freezing tolerance in the shoot and flower buds of ?Mamaie? was highly dependent on the total carbohydrates and high concentrations of total soluble carbohydrates and low water content, respectively. In ?Moheb? and ?Rabi?, shoot and flower bud hardiness was related to the high concentrations of total soluble carbohydrates and water content. The results indicated that freezing resistance/susceptibility is cultivar dependent in almonds. Transcriptome analysis for the identification of genes responsible for bud burst time in almond cultivars that have different bud break time revealed that as the shoots were chilled, the expression levels of CBF1 and CBF2 in ?Moheb? steadily increased and reached its maximum at budbreak. The expression of CBF1 and CBF2 in ?Rabi? and ?Mamaie? initially increased with chilling accumulation at the beginning of dormancy, then remained at its maximum level, and gradually decreased at budbreak. Regardless of cultivar, MADS1 and MADS3 transcription factors were detected in the final stage of bud dormancy. This suggested that MADS1 and MADS3 could be interesting markers for the final stage of floral development. The results provided evidence that the synthesis of proline and sugars was coordinately regulated, where CBF had a key role. In this study, we studied the effect of putrescine application on the bud-break time of flower buds of ?Moheb? and ?Mamaie?. The results showed that putrescine has a positive effect on delaying flowering time. Key Words Flowering date, Critical temperatures, Cold signals, Chilling and heat requirements, Freezing.
از آنجا که دمای بحرانی تأثیرگذار بر جوانه و خسارت ناشی از آن برای اکثر ارقام بومی بادام متغیر و ناشناخته است، یکی از اهداف این مطالعه شناسایی دمای بحرانی جوانه های بادام در مراحل مختلف رشد بود. سه رقم بادام شامل ’محب‘ (زودگل)، ’مامایی‘ (متوسطگل) و ’ربیع‘ (دیرگل) در اواخر زمستان تا اوایل فصول بهار 1397 و 1398 مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بالاترین مقاومت در برابر دمای پایین در ’ربیع‘ در 1396 و در ’مامایی‘ در 1397مشاهده شد. ’محب‘ با کمترین مقاومت، بیشترین نشت یونی را در هر دو سال داشت. همچنین نتایج نشان داد که با پیشرفت مرحله فنولوژی جوانه های گل، مقاومت به سرما در همه ارقام کاهش یافت و مقدار تغییرات درجه حرارت کشنده بسته به سال، رقم و مرحله نمو جوانه تغییر می کند. در این مطالعه با استفاده از روش شاخه جدا شده، اثر سرمای مصنوعی بر عمق رکود درونی و درصد شکستن رکود جوانه های گل و رویشی در ارقام ذکر شده بادام آزمایش شد. مطابق با نتایج، ارقام برای سطح قابل قبولی از شکستن رکود گل دامنه محدودی از هر دو نیاز سرمایی و گرمایی (ساعات درجه رشد) نشان دادند، به عنوان مثال: ’محب‘ (250 ساعت سرما و 2132 ساعات درجه رشد)، ’مامایی‘ (500 ساعت سرما و 2460 ساعات درجه رشد) و ’ربیع‘ (500 ساعت سرما و 2462 ساعات درجه رشد). به طور کلی، در جوانه های گل در مقایسه با جوانه های رویشی، حداکثر شکستن رکود جوانه به تجمع سرمای کمتری نیاز داشت. سرمای بیش از حد باعث کاهش نیاز گرمایی در هر دو نوع جوانه شد. با مطالعه تغییرات ترکیبات بیوشیمیایی در جوانه های گل و ارتباط آنها با میانگین زمان شکستن رکود، نتیجه گرفتیم که پاسخ سیستم آنتی اکسیدانی آنزیمی و غیر آنزیمی در ارقام بادام طی سال های مختلف متفاوت بود. اگرچه، سنتز ترکیبات اسمزی مانند پرولین، کربوهیدرات های کل، ساکاروز، فروکتوز و گلوکز با تجمع سرما در همه ارقام مطالعه شده افزایش یافت، ’محب‘ کمترین تجمع از این ترکیبات طی رکود و رهایی از رکود داشت. در تاریخ شروع آزمایش، قبل از دریافت هیج سرمای طبیعی، غلظت پلی آمین ها در جوانه ها کم بود. در مراحل انتهایی، یک روند ناهماهنگ در پوترسین، اسپرمیدین و اسپرمین جوانه بادام در میان ارقام وجود داشت. بالاترین فعالیت آنزیم های کاتابولیکی پلی آمین ها در مراحل ابتدایی رکود مشاهده شد. با بررسی میزان آسیب در شرایط تنش یخ زدگی از طریق اندازه گیری محتوای آب و کربوهیدرات در جوانه های گل و شاخه ها، ما مشاهده کردیم که میزان تحمل به یخ زدگی در شاخه و جوانه های گل در ’مامایی‘ به ترتیب به غلظت کربوهیدرات کل و غلظت بالای کربوهیدرات محلول و محتوای آب کم وابسته بود. در ’محب‘ و ’ربیع‘، مقاومت شاخه و جوانه گل به غلظت بالای کربوهیدرات محلول کل و محتوای آب وابسته بود. نتایج نشان داد که مقاومت/ حساسیت به یخ زدگی در بادام ها به رقم بستگی دارد. آنالیز رونوشت ها برای شناسایی ژن های دخیل در زمان شکوفایی در رقم های بادامی که زمان شکوفایی متفاوت داشتند نشان داد، همچنان که شاخه ها سرمادهی می شدند، میزان بیان CBF1 و CBF2 در ’محب‘ به طور پیوسته افزایش یافت و در زمان شکستن رکود به حداکثر مقدار خود رسید. بیان CBF1 و CBF2 در ابتدا با تجمع سرما در شروع رکود افزایش یافت، سپس در حداکثر سطح خود باقی ماند و به تدریج در زمان شکستن رکود کاهش یافت. صرف نظر از رقم، فاکتورهای رونویسی MADS1 و MADS3 در مرحله نهایی رکود جوانه شناسایی شدند. این موضوع نشان می دهد که MADS1 و MADS3 می توانند نشانگرهای جالبی برای مرحله انتهایی نمو گل باشند. نتایج شواهدی را ارائه داد که سنتز پرولین و قندها به طور هماهنگ تنظیم می شود و CBF در این زمینه نقش کلیدی دارد. در این مطالعه، ما اثر کاربرد پوترسین بر روی زمان شکستن رکود جوانه های گل ’محب‘ و ’مامایی‘ را بررسی کردیم. نتایج نشان داد که پوترسین بر تأخیر زمان گلدهی تأثیر مثبت دارد. کلمات کلیدی : تاریخ گلدهی، دماهای بحرانی، سیگنال های سرما، گرمای جهانی، نیاز سرمایی و گرمایی، یخ زدگی.