مقایسه پاسخ‌های فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی کلن‌های صنوبر دلتوئیدس (Populus deltoides) به رژیم‌های مختلف آبیاری

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه جنگلشناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 گروه جنگلشناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

3 دانش‌آموخته دکتری علوم جنگل، اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان، گرگان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: محدودیت آب یکی از مهم‌ترین عوامل اقلیمی در ایران است که باعث ایجاد تنش‌های درونی در گیاه شده و نهایتاً رشد آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد. با توجه به سهم قابل‌توجه صنوبر دلتوییدس (Populus deltoides) در زراعت چوب، آگاهی از اثرات تنش کم-آبی، تعیین آستانه‌ی پژمردگی و نیز میزان مقاومت کلن‌های مختلف صنوبر دلتوییدس نسبت به سطوح مختلف تنش خشکی ضروری به‌نظر می‌رسد. در پژوهش پیش‌رو، تأثیر تیمارهای تنش کم‌آبی بر روی ویژگی‌های رویشی، مورفولوژیک برگ، فیزیولوژیکی و روزنه‌ای نهال‌های کلن‌های صنوبر دلتوئیدس مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: به‌منظور انجام این تحقیق در اسفند سال 1394 به تعداد 60 قلمه از چهار کلن صنوبر دلتوئیدس (P.d 63/51، P.d 67/51، P.d 69/55 و P.d 77/51) موجود در جنگل شصت کلاته تهیه و در نهالستان این جنگل در گلدان‌های پلاستیکی با خاک جنگلی، خاک‌برگ به نسبت 1:1 کشت و به مدت 6 ماه در شرایط مشابه پرورش داده شدند. سپس 7 نهال گلدانی 6 ماهه مشابه از کلن‌های مورد مطالعه صنوبر دلتوییدس انتخاب و به گلخانه انتقال داده شد و تیمارها بر اساس ظرفیت زراعی مورد نظر، آبیاری و بعد به‌صورت هر روز از طریق توزین در حد ظرفیت مربوطه نگهداری شدند. تجزیه‌و‌تحلیل صفات مربوط به آنزیم‌ها (آنزیم پراکسیداز و آنزیم آسکوربات پراکسیداز)، رنگدانه‌ها (کلروفیل a، b، کل و کارتنوئید)، زنده‌مانی و نیاز آبی به کمک آزمایش فاکتوریل دو عامله (تجزیه واریانس دو عامله) با هفت تکرار در هر سطح در قالب طرح کاملا تصادفی و سایر صفات با استفاده از تجزیه واریانس یک عامله (ANOVA) با هفت تکرار در هر سطح در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. اعمال تیمارهای تنش کم‌آبی از شهریور ماه به مدت دو هفته در هر سطح تنش در شرایط گلخانه‌ای در دانشکده منابع طبیعی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان انجام شد.
یافته‌ها: بر اساس نتایج حاصل از مطالعات ویژگی‌های رویشی، تنش کم‌آبی باعث تغییرات صفات ارتفاع ساقه، تعداد برگ، وزن‌تر ساقه، وزن خشک ساقه، میزان آب ساقه، وزن‌تر ریشه، وزن خشک ریشه، میزان آب ریشه، نسبت وزن ریشه به ساقه گردید. همچنین تنش از میان ویژگی‌های مورفولوژیکی برگ بر طول برگ، عرض برگ، نسبت طول به عرض برگ، ضریب شکل برگ، مساحت برگ، شاخص سطح برگ تأثیر معنی‌داری داشت در حالی که از پارامترهای ریز ریخت شناسی تنش کم‌آبی فقط باعث تغییرات عرض روزنه متفاوتی بین کلن‌های مورد مطالعه شد و نتایج این بخش از مطالعات کلن‌های P.d 77/51 و P.d 63/51 را به عنوان کلن‌های موفق‌تر نسبت به تنش کم-آبی نشان داد. بر طبق نتایج حاصل از آزمایش‌های فیزیولوژیکی با افزایش شدت تنش خشکی، میزان کلروفیل a، b، کل و کارتنوئید کاهش یافت ولی میزان آنزیم پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز افزایش یافت، نهال‌ها از 75 درصد ظرفیت زراعی به پایین تحت تأثیر تنش کم‌آبی قرار گرفتند و از طریق افزایش عکس‌العمل‌های فیزیولوژیکی مانند افزایش میزان آنزیم پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز تنش را تعدیل نموده و گیاه به‌خوبی با تنش‌های سطح 75 % و 50 % مقابله کرده است در این بخش کلن‌های P.d 77/51 و P.d 63/51 موفق‌تر از بقیه عمل نمودند.
نتیجه‌گیری: به‌طورکلی نتایج این پژوهش نشان داد که شروع فرایندهای پاسخ به تنش کم‌آبی از سطح 75 % ظرفیت زراعی بوده به‌ طوری ‌که اگر به زیر 50 درصد ظرفیت زراعی برسد مرگ‌آور می‌باشد بنابراین آبیاری نهال‌ها برای زراعت چوب یا تولید نهال در نهالستان با کلن‌های مورد مطالعه صنوبر دلتوییدس باید به‌گونه‌ای باشد که ظرفیت زراعی خاک از 50 درصد، کاهش نیابد و در مقایسه بین کلن‌های مورد مطالعه ، کلن P.d 77/51 و P.d 63/51 به عنوان کلن‌های مقاوم‌تر به تنش کم‌آبی معرفی شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Comparison of Physiological and Morphological Responses of Populus deltoides clones to different Watering Regimes

نویسندگان [English]

  • Nasrin Farokhi 1
  • DAVOUD AZADFAR 2
  • Zohre Saeedi 3
1 Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Department of Forestry and Forest Ecology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 General Department of Natural Resources and Watershed Management of Golestan Province, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Water restrictions are one of the most important climate factors in Iran that affect plant growth through internal stresses. Considering the significant contribution of Popolus deltoides in woody farming, knowledge about the effects of water-deficit stress, the determination of the wilt threshold, and the resistance of different clones of Popolus deltoides to different levels of water-deficit stress seems to be necessary. In this study, the effect of drought stress treatments on growth, leaf morphological, physiological, and stomatal characteristics of the Populus deltoides seedling clones were investigated.
Materials and methods: To conduct this research, In the March of 2016, 60 cuttings from four of the Populus deltoides clones (P.d 63.51, P.d 67.51, P.d 69.55, P.d 77.51) available in the forest of sixty kalate preparations And the nursery of this forest in plastic pots with forest soil, The leaves were grown in a ratio of 1:1 and cultivated for 6 months under the same conditions. Then, 7 similar 6-month-old potted seedlings were selected from the studied clones of Populus deltoides and transferred to the greenhouse, and treatments based on field capacity, Irrigation, and then every day were kept at the corresponding capacity through weighing. Analysis of traits related to enzymes (peroxidase enzyme and ascorbate peroxidase enzyme), pigments (chlorophyll a, b, total, and carotenoid), Survival, and water requirement With the help of a factorial test of two factors with seven repetitions in each level in the form of a completely random design, other traits were carried out using the analysis of variance of one factor (ANOVA) with seven repetitions in each level in the form of a completely random design. Water stress treatments were applied from September for two weeks at each stress level under greenhouse conditions at the Faculty of Natural Resources of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.
Results: Based on the results of vegetative character studies, water stress caused a change in stem height, leaf number, Stem fresh weight, Stem dry weight, the amount of stem water, root fresh weight, root dry weight, the amount of root water, root to stem weight ratio and leaf shape factor. Also, The stress was significantly affected by leaf morphological characteristics on leaf length, leaf width, leaf length-to-width ratio, leaf shape factor, leaf area, and leaf area index. While among the micromorphological parameters, drought stress only caused different stomatal width changes between the studied clones. The results of this part of the study showed the clones P.d 77.51 and P.d 63.51 as successful clones against water stress. According to the results of physiological experiments, with increasing water-deficit stress, chlorophyll a, b, total and carcinoid decreased, but the levels of peroxidase and ascorbate peroxidase increased. Seedlings were affected by water deficit stress under 75% of the field capacity and increasing physiological reactions such as increasing the amount of peroxidase and ascorbate peroxidase, which moderates the tension the plant has coped well with 75% and 50% surface tension. In this section, P.d 77.51 and P.d 63/51 clones were more successful than others.
Conclusion: The results of this research showed that the beginning of the processes of response to water shortage stress was at the level of 75% of the field capacity so if it reaches below 50% of the field capacity, it is fatal. Therefore, watering seedlings for wood cultivation or producing seedlings in the nursery with the studied clones of Populus deltoides should be in such a way that the field capacity of the soil does not decrease from 50% In the comparison between the studied clones, P.d 77.51 and P.d 63.51 were introduced as more resistant to water stress.

کلیدواژه‌ها [English]

  • water-deficit stress
  • Populus deltoids
  • physiological and stomatal
  • vegetative characteristics

مراجع

1.Jajarmi, V. (2015). Effect of water stress on germination indices in seven wheat cultivar. World Academy of Science, Engineering and Technology. 49, 105-106.
2.Mirzaei, D. J., Tabari, M., & Daroodi, H. (2007). Early growth of Quercus castaneifolia seedlings as affected by weeding, shading, and irrigation. Pakistan. J. of Biological Sciences. 10 (15), 2430-2435.
3.Babaee, K., Amini Dehaghi, M., Modares Sanavi, S. A. M., & Jabbari, R. (2010). Water deficit effect on morphology, proline content, and thymol percentage of Thyme (Thymus vulgaris L.). Iranian J. of Medicinal and Aromatic Plants.
26 (2), 239-251. [In Persian with English summary]
4.Jangpromma, N., Kitthaisong, S., Lomthaisong, K., Daduang, S., Jaisil, P., & Thammasirirak, S. (2010). A proteomics analysis of drought stress-responsive proteins as a biomarker for drought-tolerant sugarcane cultivars. American J. of Biochemistry and Biotechnology. 6 (2), 89-102.

5.Lawlor, D. W., & Cornic, G. (2002). Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants. Plant, Cell, and Environment. 25, 275-294.

6.Sairam, P. K., Deshmukh, P. S., & Shukla, D. S. (1997). Tolerance of drought and temperature stress in relation to increased antioxidant enzyme activity in wheat. J. of Agronomy and Crop Science. 178, 171-178.
7.Heidari Sharif Abad, H. (2000). Plants, aridity and drought (translation). Research Institute of Forests and Rangelands. Tehran. 207p. [In Persian]
8.Egert, M., & Tevini, M. (2002). Influence of drought on some physiological parameters symptomatic for oxidative stress in leaves of chives (Allium schoenoprasum). J. of Environmental and Experimental Botany. 48, 43-49.
9.Noctor, G., & Foyer, C. H. (1998). Ascorbate and glutathione: keeping active oxygen under control. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 49, 249-279.
10.Liu, C., Liu, Y., Guo, K., Fan, D., Li, G., Zheng, Y., Yu, L., & Yang, R. (2011). Effect of drought on pigments, osmotic adjustment, and antioxidant enzymes in six woody plant species in karst habitats of southwestern China. Environmental and Experimental Botany. 71 (2), 174-183.
11.Pan, Y., Wu, L., & Yu, Z. (2006). Effect of salt and drought stress on antioxidant enzymes activities and SOD isoenzymes of licorice. (Glycyrrhiza uralensis Fisch). J. of Plant Growth Regulation. 301, 564-571.
12.Marron, N., Gielen, B., Brignolas, F., Gao, J., Johnson, J. D., Karnosky, D. F., Polle, A., Scarascia- Mugnozza, G., Schroeder, W. R., & Ceulemans, R. (2014). Poplars and Willows: Trees for Society and the Environment. Food and Agriculture Organization (FAO) United Nations Roma, Italy. Pp: 337-442.
13.Marron, N., Delay, D., Petit, J. M., Dryer, E., Kahlem, G., Delmotte, F. M., & Brignolas, F. (2002). Physiological traits of two Populus × euramericana clones, Luisa Avanzo, and Dorskamp, during a water stress and re-watering cycle. Tree Physiology. 22, 849-858.
14.Sadati, S. E. (2011). Propagation approaches of Populus caspica Bornm and study of morphological and physiological responses of its seedling under drought stress and flooding. Ph.D. Thesis, Tarbiat Modares University, 131p. [In Persian]
15.Moeinifar, S., Salehi, A., Ghodskhah Daryaei, M., & Heidari Safari Kouchi, A. (2020). Respond of Populus deltoides Bartr. Ex Marsh Seedlings to Various Soil Moisture Regimes in Guilan Province. Water Management in Agriculture. 7 (1), 23-32. [In Persian with English summary]
16.Sadati, S. E., & Tabari, M. (2013). Growth and water relation in afforested Populus caspica seedling after one-year drought stress. The First National Conference on Plant Stress. Isfahan, Pp: 1-10. [In Persian]
17.Zhang, X., Zang, R., & Li, C. (2004). Population differences in physiological and morphological adaptations of Populus davidiana seedlings in response to progressive drought stress. Plant Science. 166 (3), 791-797.‏
18.Yin, C., Peng, Y., Zang, R., Zhu, Y., & Li, C. (2005). Adaptive responses of Populus kangdingensis to drought stress. Physiologia Plantarum. 123 (4), 445-451.‏
19.Sadati, S. E., Mokhtari, J., & Asadi, F. (2019). Drought tolerant of seedlings of five clones of Populus Forest and Poplar Research. 27 (4), 377-388. [In Persian with English summary]  
20.Lei, Y., Yin, C., & Li, C. (2006). Differences in some morphological, physiological, and biochemical responses to drought stress in two contrasting populations of Populus przewalskii. Physiologia Plantarum. 127 (2), 182-191.
21.Xu, X., Peng, G., Wu, Ch., Korpelainen, H., & Li, Ch. (2008). Drought inhibits photosynthetic capacity more in females than in males of Populus cathayana. Tree Physiology. 28 (11), 1751-1759.
22.Saeidi, Z., & Azadfar, D. (2009). Effect of Hydromorphy and Drought Stresses on Net Photosynthesis Rate and Viability for Three Poplar Species. J. of Wood and Forest Science and Technology. 16 (3), 93-106. [In Persian with English summary]
23.Guo, X. Y., Zhang, X. S., & Huang, Z. Y. (2010). Drought tolerance in three hybrid poplar clones submitted to different watering regimes. J. of Plant Ecology. 3 (2), 79-87.
24.Liao, T., Wang, Y., Xu, C.P., Li, Y., & K, X. Y. (2018). Adaptive photosynthetic and physiological responses to drought and rewatering in triploid Populus populations. Photosynthetic. 56, 578-590.
25.Kumari, A., Singh, S. K., Singh, A. K., & Khan, I. (2017). Physiological evaluation of drought tolerance in Poplar (Populus deltoids L.) for different drought levels. J. of AgriSearch. 4 (2), 128-132.
26.Alizadeh, A. (2004). Soil - Water - Plant Relation Ship. Ferdowsi University of Mashhad. Mashhad. 470 p.
27.Mirzaei, J. (2011). Identification of arbuscular mycorrhizal fungi associated with Pistacia atlantica and P. khinjuk in Ilam province and their effects on seedlings growth under drought stress. Ph.D. thesis, Faculty of Natural Resources. Tarbiat Modarres University. 176p. [In Persian]
28.Yin, C., Pang, X., & Lei, Y. (2009). Populus from high altitude has more efficient protective mechanisms under water stress than from low-altitude habitats: a study in the greenhouse for cuttings. Physiologia Plantarum. 137, 22-35.
29.Cutini, A., Matteucci, G., & Mugnozza, G. S. (1998). Estimation of leaf area index with the Li-cor LAI 2000 in deciduous forests. Forest Ecology and Management. 105, 55-65.
30.Cobb, W. R., Will, R. E., Daniels, R. F., & Jacobson, M. A. (2008). Aboveground biomass and nitrogen in four short-rotation woody crop species growing with different water and nutrient availabilities. ‏Forest Ecology and Management. 255 (12), 4032-4039.
31.Arnon, A. N. (1967). Method of chlorophyll measurements in plants. J. of Agronomy. 23, 112-121.
32.Freehold, N. J. (1972). Manual of Clinical Enzyme Measurements. Freehold. N.J: Worthington Biomedical Corporation.
33.Ranieri, A., Castagna, A., Pacini, J., Baldan, B., Mensuali Sodi, A., & Soldatini, G. F. (2003). Early production and scavenging of hydrogen peroxide in the apoplast of sunflower plants exposed to ozone. J. of Experimental Botany.
54 (392), 2529-2540.
34.Zhao, Y., Aspinall, D., & Paleg, L. G. (1992). Protection of membrane integrity in Medicago sativa L. by Glycine betaine against the Effects of Freezing. J. of Plant Physiology.140 (5), 541-543.
35.Lazcano-Ferrat, I., & Lovatt, C. J. (1999). Relationship between relative water content, nitrogen pools, and growth of phaseolus vulgaris L. and P. acutifolius, A. Gray during water Deficit. Crop Science. 39 (2), 467-475.
36.Smith, S., Weyers, J. D. B., & Berry, W. G. (1989). Variation in stomatal characteristics over the lower surface of Commelina communis leaves. Plant, Cell & Environment. 12 (6), 653-659.
37.Kridman, P. E. (1986). Photosynthesis in vine leaves as a function of light intensity, temperature, and leaf age.
J. of Grapevine Research - VITIS. 7, 213-220.
38.Seeley, S. (1990). Hormonal transduction of environmental stresses. HortScience. 25 (11), 1369-1376.
39.Bacelar, E. A., Santos, D. L., Moutinho-Pereira, J. M., Goncalves, B. C., Ferreira, H. F., & Correia, C. M. (2006). Immediate responses and adaptative strategies of three olive cultivars under contrasting water availability regimes: changes in structure and chemical composition of foliage and oxidative damage. Plant Science. 170 (3), 596-605.
40.Close, D. C., Beadle, C. L., & Brown, P. H. (2005). The physiological basis of containerized tree seedling ‘transplant shock’: a review. Australian Forestry. 68 (2), 112-120.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 31، شماره 1
فروردین 1403
صفحه 63-93

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار