اثر تنش خشکی انتهای فصل بر تجمع و انتقال مجدد کربوهیدرات‌های محلول میانگره‌های ساقۀ دو رقم جو

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه بیوتکنولوژی کشاورزی دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 گروه پژوهشی زیست شناسی سامانه ها، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، کرج، ایران

3 دانشیار زیست شناسی گیاهی ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

10.22108/ijpb.2020.118855.1171

چکیده

در مناطق خشک و نیمه خشک مانند ایران که تنش خشکی معمولاً در انتهای فصل رشد اتفاق می‌افتد، ذخایر کربوهیدرات‌های محلول در ساقه و سهم آن‌ها‌ در تولید محصول نهایی به علت محدود شدن فتوسنتز جاری بیشتر بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در این پژوهش، اثر تنش خشکی آخر فصل بر عملکرد، میزان تجمع و انتقال مجدد کربوهیدرات‌‌های محلول ساقه دو رقم حساس (موروکو) و متحمل (یوسف) به خشکی جو در شرایط گلخانه‌ای بررسی شد. نمونه‌برداری‌ از میانگره‌های ساقه (پدانکل، پنالتیمیت و میانگره‌های زیرین) گیاهان تحت تنش و نرمال رطوبتی در 5 مرحله از زمان شروع گلدهی (به فاصله 7 روز) و زمان رسیدگی فیزیولوژیکی انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که بیشترین ذخیره سازی کربوهیدرات‌های محلول در ساقه و انتقال مجدد آن، مربوط به میانگره پنالتیمیت بود. حداکثر غلظت کربوهیدرات کل و میزان انتقال مجدد آن‌ها تحت هر دو شرایط تنش و نرمال رطوبتی درتمامی میانگره‌های رقم یوسف بطور معنی‌داری بیشتر از رقم موروکو بود. میزان انتقال مجدد کربوهیدرات کل هر سه میانگره در رقم یوسف در شرایط خشکی افزایش یافت. فروکتان و ساکارز مهم‌ترین قندهای محلول اندازه‌گیری شده در میانگره پنالتیمیت هر دو رقم بود. میزان فروکتوز، گلوکز، ساکارز و فروکتان در هر دو شرایط تنش و نرمال در رقم یوسف بیشتر از رقم موروکو بود. حداکثر میزان تجمع و انتقال مجدد فروکتان تحت تنش خشکی انتهای فصل تنها در رقم یوسف افزایش یافت. بر اساس نتایج این پژوهش بنظر می‌رسد علت ثبات عملکرد دانه رقم متحمل یوسف تحت تنش خشکی انتهای فصل القاء ذخایر کربوهیدراتی و انتقال مجدد آن‌ها به دانه در طی دوره پر شدن دانه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of terminal drought stress on accumulation and remobilization of soluble carbohydrates of internodes in two barley (Hordeum vulgare L.) cultivars

نویسندگان [English]

  • Razieh Sarabadani Tafresh 1
  • Zahra-Sadat Shobbar 2
  • Maryam Shahbazi 3
1 Department of Biotechnology, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Department of System Biology, Agriculture Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Karaj, Iran
3 Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

In arid and semiarid regions such as Iran with terminal drought, crops may depend more on stem soluble carbohydrates reserves for grain filling than the current photosynthesis. To investigate the effects of terminal drought on grain yield, carbohydrate accumulation and remobilization in tolerant (Yousef) and sensitive (Moroco) barley genotypes, the experiment was conducted in green house condition in randomized complete block design with three replications. Peduncle, penultimate and lower internode samples were collected from well-watered and drought-stressed plants at 7-days intervals after anthesis (in six stages). Based on the obtained results, the highest level of water soluble carbohydrate accumulation and remobilization was located in the penultimate. Maximum of total carbohydrate concentration and remobilization was less in Moroco compared to Yousef internodes under both drought and well-watered conditions. Water deficit significantly increased the total soluble carbohydrates remobilization from internodes of Yousef plants but these prominent differences were not found in the internodes of Moroco plants. Fructan and sucrose were the main sugars in the penultimate of the two cultivars. Evaluation of carbohydrate components in the penultimates showed that maximum concentration of fructan, sucrose, glucose and fructose in yousef was higher than morocco plants under both drought and well-watered conditions. Accumulation and remobilization of fructan increased in Yousef plants under terminal drought stress but not in Moroco. The results suggest that the higher induction of stem reserve production and remobilization in Yousef genotype during drought stress may play an important role in its yield production during grain filling period.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Barley
  • Carbon remobilization
  • Fructan
  • Soluble carbohydrates
  • Terminal drought stress

در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان با شرایط آب‌و‌هوایی مدیترانه‌ای ازجمله ایران، زمانی که جو وارد مرحلۀ پرشدن دانه می‌شود، میزان بارندگی کاهش و میزان تبخیر از خاک افزایش می‌یابد؛ بروز تنش در مراحل انتهایی رشد و به‌ویژه در زمان گل‌دهی و مرحلۀ پرشدن دانه سبب محدودشدن عملکرد دانۀ این گیاه زراعی از طریق تأثیر بر روابط منبع و مخزن می‌شود (Gonzalez et al., 1999; Guo et al., 2009; Mamnoei and Seyed Sharifi, 2010). به‌طور‌کلی، رشد و نمو دانه به تأمین کربن از دو منبع وابسته است: کربوهیدرات‌های تولیدشده پس‌از گل‌دهی که مستقیماً به دانه انتقال می‌یابند (فتوسنتز جاری) و انتقال مجدد مواد ذخیره‌ای از ساقه (Livingston et al., 2009)؛ در شرایط عادی، سهم ذخایر ساقه در پرشدن دانه کمتر از 10 درصد برآورد شده است (Yukawa et al., 1995; Ehdaie and Waines, 1996; Takahashi et al., 2001). دانشمندان مختلف با آزمایش روی ارقام مختلف جو و گندم مشاهده کردند هنگامی که ظرفیت فتوسنتزی گیاه در اثر تنش خشکی یا گرمای پس‌از گل‌دهی کاهش یابد، پرشدن دانه شدیداً به انتقال مجدد ذخایر کربوهیدراتی ساقه وابسته می‌شود (Kobata et al., 1992; Takahashi et al., 2001; Méndez et al., 2011; Mohammadi Bazargani et al., 2011; Zhang et al., 2014). دو ویژگی در میزان مشارکت کربوهیدرات‌های ذخیره‌ای برای شکل‌گیری عملکرد دانه در گندم اهمیت دارند: 1- پتانسیل تجمع کربوهیدرات‌ها در ساقه‌ها؛ 2- انتقال مجدد این مواد ذخیره‌شده از اجزای مختلف ساقه به دانه‌های درحال رشد (Ehdaie et al., 2006). میزان و کارایی انتقال مجدد ترکیبات ذخیره‌ای به دانه، به‌ویژه زمانی که گیاه در معرض تنش خشکی قرار دارد، تعیین‌کنندۀ عملکرد نهایی دانه است (Kobata et al., 1992; Takahashi et al., 2001; .Méndez et al., 2011; Mohammadi Bazargani et al., 2011; Zhang et al., 2014). نتایج متنوعی از بررسی‌های انجام‌شده به‌منظور مقایسۀ توان ذخیره‌سازی و انتقال مجدد میانگره‌ها گزارش شده‌اند؛ برای نمونه، در گندم نشان داده شده است میزان قندهای تجمع‌یافته در میانگرۀ ماقبل آخر بیشتر از میانگرۀ آخر است (Ehdaie et al., 2006). در بررسی اثر تنش خشکی روی انتقال مجدد ترکیبات ذخیره‌ای ساقۀ گندم گزارش شده است علاوه‌بر بیشتر‌بودن میزان قند‌های تجمع‌یافته در میانگرۀ ماقبل آخر (پنالتیمیت) نسبت به میانگرۀ آخر )پدانکل)، مقدار کربوهیدرات‌های منتقل‌شده به دانه از این میانگره بیشتر است (Xue et al., 2008). بر اساس برخی گزارش‌ها، میانگره‌های پایینی جو زمستانه بیشترین تخصیص اسیمیلات‌ها در طول پرشدن دانه را دارند (Bonnett and Incoll, 1992)، ولی در مطالعه‌های دیگر، پدانکل و پنالتیمیت بیشترین ذخیره را در جو دارند. برآورد میزان تخصیص اسیمیلات‌های ذخیره‌شده به دانه به ژنوتیپ، شرایط آزمایش و روش اندازه‌گیری کربوهیدرات‌های ذخیره‌شده بستگی دارد (Ehdaie et al., 2008; Zhang et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016).

کربوهیدرات‌های محلول در آب (WSCs) ساقۀ گندم عمدتاً شامل فروکتان، ساکارز، گلوکز و فروکتوز می‌شوند، اما فروکتان‌ها و ساکارز مهم‌ترین و اصلی‌ترین شکل ذخیرۀ WSCs در ساقۀ غلات (گلوم و غلاف) به شمار می‌آیند (Xue et al., 2008; Zhang et al., 2009). در غلات، بخشی از مواد فتوسنتزی به‌طور موقت در ساقه‌ها ذخیره می‌شوند تا بتوانند با کارایی مناسب در انتقال مجدد استفاده شوند (Blum, 1998)؛ این مواد به‌شکل ساکارز وارد ساقه‌ها می‌شوند و به‌شکل ساکارز، گلوکز، فروکتوز و فروکتان (عمدتاً به شکل ساکارز و فروکتان) در ساقه‌ها ذخیره می‌شوند. بررسی شیوۀ تجمع قندهای محلول ساقۀ ارقام گندم نشان داد افزایش تجمع WSCs در ساقۀ گندم تا 7 روز پس‌از گل‌دهی از افزایش غلظت هگزوزها و ساکارز ناشی می‌شود و 18 روز پس‌از گل‌دهی، فروکتان‌ها عمده‌ترین شکل قندهای محلول در آب موجود در ساقه می‌شوند (Dubois et al., 1990)؛ نتایج تقریباً مشابهی در سایر مطالعه‌ها مشاهده می‌شوند (Mohammadi .Bazargani et al., 2011, Joudi et al., 2012; .Khoshro et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016). تنش خشکی پس‌از گل‌دهی سبب تسریع انتقال کربو‌هیدرات‌های ذخیره‌ای به دانه و کم‌شدن زمان انتقال می‌شود (Xue et al., 2008). نتایج آزمایش‌های Méndez و همکاران (2011) روی لاین‌های اصلاح‌شدۀ جو برای تحمل به خشکی نشان دادند تنش خشکی سبب افزایش محتوای فروکتان در تمام لاین‌ها و گلوکز و فروکتوز در برخی لاین‌ها طی آغاز گل‌دهی می‌شود؛ این در حالیست که در مرحلۀ بلوغ، محتوای تمام کربوهیدرات‌ها در شرایط تنش به‌شدت کاهش می‌یابد (Méndez et al., 2011). بررسی ارقام حساس و متحمل گندم نشان داد در تنش خشکی، مقدارکربوهیدرات‌های محلول ساقه (به‌‌ویژه فروکتان) و انتقال آنها به دانه در رقم متحمل بیشتر از رقم حساس است و به نظر می‌رسد علت عمدۀ جذب حداکثری کربوهیدرات‌های ذخیره‌ای در ساقۀ گیاهان متحمل‌تر، داشتن قدرت مخزن زیاد باشد (Gupta et al., 2011; Khoshro et al., 2014). در سایر مطالعه‌ها نیز به تنوع مشاهده‌شده بین ارقام و لاین‌های مختلف گندم و جو ازنظر تجمع و انتقال کربوهیدرات ساقۀ غلات در شرایط تنش اشاره شده است (Nagaraj et al., 2001; .Ehdaie et al., 2008; Abouzar et al., 2012; Zhang et al., 2015).

فروکتان ممکن است وظایف و کارکردهای دیگری به‌جز ذخیرۀ کربنی در گیاهان داشته باشد؛ به‌طوری‌‌که می‌تواند از طریق قرارگیری در غشای سلولی و حفاظت از آن در برابر تنش به محافظت گیاه در برابر کمبود آب ناشی از تنش خشکی یا دماهای کم کمک کند (Wardlaw andWillenbrink, 1994; Ma et al., 2014).

بر اساس مطالب یادشده، افزایش سهم انتقال مجدد کربوهیدرات‌های محلول در ساقه طی دورۀ پرشدن دانه یکی از راهکارهای مدنظر در ارقام سازگار به تنش‌های محیطی محدودکنندۀ رشد مانند خشکی است که می‌توان از طریق افزایش ذخایر ساقه در طول رشد، افزایش میزان انتقال مجدد مواد ذخیره‌شده و همچنین افزایش طول دوره یا سرعت انتقال مواد به آن دست یافت؛ در همین راستا و با‌توجه‌به اینکه بیشتر مطالعه‌های انجام‌شده در این زمینه دربارۀ گیاه گندم بوده‌اند، در پژوهش حاضر به بررسی سهم انتقال مجدد قندهای محلول کل ساقه و روند تغییرات غلظت قندهای محلول (گلوکز، فروکتوز، ساکارز و فروکتان) میانگرۀ پنالتیمیت دو رقم جو زراعی طی شرایط تنش خشکی انتهای فصل پرداخته شد. در بررسی حاضر از یک رقم متحمل به خشکی جو به نام یوسف که عملکرد مناسبی طی شرایط خشکی انتهای فصل در مناطق معتدله کشور تولید می‌کند (Nikkhah et al., 2007) و یک رقم حساس بین‌المللی به خشکی (Joudi et al., 2012; Abedini et al., 2012). استفاده شد؛ این دو رقم ازنظر زمان مراحل فنولوژی (گل‌دهی و خوشه‌دهی) کاملاً شباهت دارند، ولی پاسخ بسیار متفاوتی به خشکی از خود نشان می‌دهند. دو رقم یادشده بر اساس آزمایش‌های مقدماتی در مزرعه و نیز گلخانه و از بین ژنوتیپ‌های متعدد انتخاب شدند (Sarabadani Tafresh et al., 2013).

 

مواد و روش‌ها.

کشت گیاه و اِعمال تنش: پژوهش حاضر در گلخانۀ تحقیقاتی پژوهشکدۀ بیوتکنولوژی کشاورزی ایران به‌شکل آزمایش فاکتوریل در قالب طرح پایۀ بلوک‌های کامل تصادفی و در سه تکرار اجرا شد. تیمارهای آزمایشی در دو سطح شامل آبیاری (بدون تنش) و تنش خشکی (قطع آبیاری) و ارقام متحمل و حساس به خشکی جو (به‌ترتیب یوسف و موروکو) بودند. بذرهای رقم یوسف از مؤسسۀ تحقیقات اصلاح و تهیۀ بذر و نهال کرج و رقم موروکو از مؤسسۀ تحقیقات کشاورزی در مناطق خشک (ایکاردا) تهیه شد. آبیاری تا زمان آغاز گل‌دهی با کد 61 زادوکس (Chang et al., 1974) بر اساس نیاز گیاه انجام شد. طبق تعریف، آغاز گل‌دهی در گیاه جو زمانی است که سنبله‌ها هنوز به‌طور کامل از غلاف خارج نشده‌اند (Przulj and Momcilovic, 2001). در زمان آغاز مرحلۀ گل‌دهی (زمانی که به‌طور متوسط 50 درصد بوته‌ها به مرحلۀ آغاز گل‌دهی رسیده‌اند)، تیمار تنش به‌شکل قطع آبیاری اِعمال شد. به‌منظور آزمایش‌های فیزیولوژیک، نمونه‏برداری از برگ پرچم در زمان 28 روز پس‌از اِعمال تنش انجام شد. نمونه‌برداری به‌طور تصادفی از بین ساقه‌های اصلی برچسب‌گذاری‌شده با طول یکسان و بسته به آزمایش مدنظر در شش مرحله از آغاز گرده‌افشانی (زمان صفر گرده‌افشانی) تا 28 روز پس‌از آن به فاصلۀ 7 روز (در زمان‌های صفر، 7، 14، 21 و 28 روز پس‌از گرده‌افشانی) و همچنین در زمان رسیدگی فیزیولوژیک برای اندازه‌گیری کربوهیدرات‌ها و در روزهای صفر، 14، 21 و 28 پس‌از گل‌دهی از میانگره‌های ساقه (پدانکل، پنالتیمیت و میانگره‌های پایینی) به‌طور جداگانه برای هر دو ژنوتیپ انجام شد. نمونه‌ها به‌مدت 48 ساعت در آون 80 درجۀ سانتی‌گراد خشک شدند.

اندازه‌گیری قندها: اندازه‌گیری قند‌های محلول کل به روش فنل- سولفوریک‌اسید (Dubois et al., 1990) با کمی تغییرات انجام شد. به‌منظور تفکیک قندهای ساکارز، گلوکز و فروکتوز از دستگاه HPLC (Knauer, Germany) با دتکتور RI، فاز متحرک آب مقطر با اسیدیتۀ 5/2، ستون EURO Kat H و شدت جریان 7/0 میلی‌لیتر‌بر‌دقیقه استفاده شد؛ به این منظور، مقدار 1 میلی‌لیتر آب مقطر به هرکدام از فالکون‌های مرحلۀ پیش که محلول باقیماندۀ آنها تبخیر شده بود، اضافه شد و به‌مدت 20 دقیقه روی شیکر قرار داده شدند و پس‌از عبور از فیلتر پلی‌تترافلوئورواتیلن 45/0 به ستون HPLC تزریق شدند. استانداردهای ساکارز، گلوکز و فروکتوز برای رسم منحنی استاندارد تهیه شدند و درنهایت، کربوهیدرات‌ها بر اساس محاسبۀ منحنی استاندارد، فاکتور رقت و وزن خشک نمونه بر حسب میلی‌گرم‌بر‌گرم مادۀ خشک گزارش شدند. اندازه‌گیری غلظت فروکتان‌ها (پلیمرهای فروکتوز) بر اساس روش هیدرولیز این قندها انجام شد؛ به این منظور، پس‌از اندازه‌گیری غلظت گلوکز، ساکارز و فروکتوز با استفاده از پرکلریک‌اسید، فروکتان‌ها و ساکارز به واحدهای سازنده‌شان تجزیه شدند. افزایش غلظت فروکتوز نشان‌دهندۀ غلظت فروکتان‌ها و ساکارز بود که در ادامه با کم‌کردن سهم ساکارز و فروکتوز اولیۀ موجود در نمونه‌ها، غلظت فروکتان‌ها به دست آمد.

محاسبۀ انتقال مجدد: وزن خشک میانگره‌های پدانکل، پنالتیمیت و میانگره‌های زیرین محاسبه شد. میزان انتقال مجدد از تفاضل وزن هر میانگره در زمان حداکثر وزن آن و رسیدگی فیزیولوژیک محاسبه شد.

محاسبۀ عملکرد: به‌منظور اندازه‏گیری زیست‌توده (عملکرد زیستی)، تعداد 15 نمونه از بخش هوایی گیاه در هر تکرار پس‌از خشک‌شدن به‌مدت 72 ساعت در آون 70 درجۀ سانتی‌گراد با ترازوی دقیق وزن و میانگین مقدار مادۀ خشک کل برای گیاهان در معرض تنش و گیاهان شاهد محاسبه شد. به‌منظور اندازه‌گیری پوکی دانه در هر تکرار، تعداد دانه‏های پرنشده در سه سنبله شمارش و میانگین تعداد دانه‏های پوک در سنبله با عنوان پوکی دانه ارزیابی شد. به‌منظور اندازه‌گیری عملکرد دانه، سنبله‏های 15 گیاه جدا شدند و پس‌از 72 ساعت قرارگرفتن در آون 70 درجۀ سانتی‌گراد، مقدار عملکرد دانه با ترازوی دقیق وزن شد. شاخص برداشت با استفاده از داده‏‏های عملکرد دانه و مادۀ خشک به دست آمد.

تجزیه‌وتحلیل‌های آماری: تجزیه واریانس، همبستگی و مقایسه میانگین با استفاده از آزمون چنددامنه‌ای دانکن در سطح احتمال خطای 5 درصد با نرم‏افزار‌های SAS، MSTATC و SPSS انجام و نمودارها با نرم‌افزار Excel رسم شدند.

 

نتایج و بحث

عملکرد دانه، عملکرد زیستی و تعداد دانۀ رقم یوسف در هر دو شرایط آبیاری و تنش خشکی به‌طور معناداری بیشتر از رقم موروکو بود (جدول 1). خشکی انتهای فصل سبب کاهش عملکرد دانه (حدود 50 درصد) و تعداد دانه (41 درصد) در رقم موروکو شد، ولی تفاوت معناداری در زیست‌تودۀ این رقم طی شرایط یادشده مشاهده نشد. تفاوتی ازنظر عملکرد دانه و تعداد دانه طی شرایط تنش و آبیاری در رقم یوسف دیده نشد. تعداد دانه‌های پوک در شرایط تنش نسبت به آبیاری در رقم موروکو 81 درصد افزایش یافت (جدول 1). خشکی تأثیری در شاخص برداشت رقم موروکو نداشت و اگرچه افزایش جزئی در شاخص برداشت رقم یوسف طی شرایط تنش مشاهده شد، به نظر می‌رسد حفظ عملکرد دانه طی شرایط تنش در رقم یوسف با هزینۀ کاهش زیست‌توده و افزایش میزان انتقال مواد فتوسنتزی به دانه اتفاق افتاده است.

 

 

جدول 1-مقایسۀ صفت‌های مرتبط با عملکرد (عملکرد دانه، عملکرد زیستی، تعداد دانه و پوکی دانه) دو رقم حساس و متحمل به خشکی جو (یوسف و موروکو) پس‌از قطع آبیاری در زمان گل‌دهی در مقایسه با آبیاری کامل

عملکرد دانه (گرم‌برمترمربع)

عملکرد زیستی (گرم‌برمترمربع)

دانه در بوته (تعداد)

پوکی دانه در سنبله (تعداد)

ژنوتیپ‌های

جو

آبیاری کامل

تنش خشکی

آبیاری کامل

تنش خشکی

آبیاری کامل

تنش خشکی

آبیاری کامل

تنش خشکی

3/615a

1/620a

1/4812a

3568a

42/83a

89/83a

16/5b

33/4b

یوسف

8/274b

142b

1/1755b

7/1199c

46/42b

36/21b

6/1c

9a

موروکو

مقادیر، میانگین سه تکرار هستند و میانگین‏های دارای حرف‌های مشابه، تفاوت معناداری در سطح آماری 5 درصد در آزمون چنددامنه‏ای دانکن ندارند.

 

 

بررسی روند تغییرات غلظت قندهای محلول ساقۀ ارقام یوسف و موروکو نشان داد در هر دو شرایط تنش خشکی و آبیاری طی روزهای پس‌از گل‌دهی (مرحلۀ پر‌شدن دانه)، غلظت کربوهیدرات کل برای تمام میانگره‌ها طی فاصلۀ زمانی 14 تا 21 روز پس‌از گل‌دهی در هر دو رقم جو به حداکثر می‌رسد (شکل 1) و پس‌از رسیدن به بیشترین مقدار، میزان کربوهیدرات کل تا زمان رسیدگی فیزیولوژیک در هر دو شرایط آبیاری و تنش رطوبتی کاهش می‌یابد؛ یافته‌های مطالعه‌های دیگر نیز نتایج حاضر را تأیید می‌کنند (Goggin and  Setter, 2004; Zhang et al., 2009; Saeidi and Moradi, 2011; Khoshro et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016). میزان کاهش غلظت کربوهیدرات کل پس‌از رسیدن به بیشترین مقدار (به‌ویژه در شرایط تنش) در رقم یوسف شدیدتر و بیشتر از رقم موروکو بود؛ در همین راستا، Khoshro و همکاران (2014) نشان دادند انتقال کربوهیدرات کل (میزان کاهش ذخایر کربوهیدراتی) در رقم متحمل‌تر گندم طی شرایط تنش خشکی (Khoshro et al., 2014) سریع‌تر و زودتر از رقم دیگر انجام می‌شود و Sharbatkhari و همکاران (2016) نیز به نتایج مشابهی در زمینۀ تنش شوری رسیدند (Sharbatkhari et al., 2016).کاهش غلظت کربوهیدرات کل میانگرۀ پدانکل در هر دو رقم یوسف و موروکو طی شرایط تنش خشکی زودتر از شرایط آبیاری آغاز شد (شکل 1)؛ این موضوع با‌توجه‌به نزدیک‌بودن میانگرۀ یادشده به مخزن (دانه)، نیاز بیشتر دانه به استفاده از ذخایر ساقه در زمان محدود‌شدن فتوسنتز گیاه (به‌علت تنش خشکی) را نشان می‌دهد. نتایج مشابهی در مطالعۀ ساقۀ دو رقم گندم به دست آمدند؛ به‌طوری‌که پیک افزایش غلظت کربوهیدرات کل ساقه طی شرایط تنش خشکی در انتهای فصل زودتر از شرایط آبیاری اتفاق افتاد (Zhang et al., 2009).

به‌طور‌کلی در تمام مراحل نمونه‌برداری، محتوای کربوهیدرات کل تمام میانگره‌ها طی شرایط آبیاری در رقم متحمل یوسف (شکل 1، A-C) بیشتر از رقم حساس موروکو (شکل 1، D-F) بود؛ این نتایج با نتایج دیگر پژوهشگران مبنی بر بیشتربودن محتوای کربوهیدرات‌های محلول در آب میانگره‌های گیاه متحمل نسبت به گیاه حساس در شرایط آبیاری و در تمام مراحل نمونه‌برداری مطابقت دارند (Gupta et al., 2011; Khoshro et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016).


رقم موروکو

رقم یوسف

   
   
   

شکل 1- روند تغییرات غلظت کربوهیدرات کل به تفکیک میانگره‌های پدانکل، پنالتیمیت و میانگره‌های زیرین در دو رقم جو یوسف (A-C) و موروکو (D-F) طی زمان‌های مختلف پس‌از گرده‌افشانی و مرحلۀ رسیدگی فیزیولوژیک (Ph M) در شرایط آبیاری و تنش رطوبتی. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار هستند.

 

 

مقایسۀ بیشترین غلظت کربوهیدرات کل (میزان تجمع کربوهیدرات پس‌از گل‌دهی) در شکل 2 نشان می‌دهد رقم یوسف بیشترین غلظت کربوهیدرات کل بیشتری در تمام میانگره‌ها نسبت به رقم موروکو طی هر دو شرایط آبیاری و تنش رطوبتی دارد. در رقم یوسف، بیشترین غلظت کربوهیدرات کل میانگرۀ پنالتیمیت در شرایط تنش خشکی افزایش یافت (شکل 2). سایر پژوهشگران نیز نتایج مشابهی مبنی بر افزایش غلظت کربوهیدرات کل در ارقام گندم طی شرایط تنش را گزارش کرده‌اند (Goggin and Setter, 2004; Khoshro et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016)؛ این در حالیست که بیشترین میزان کربوهیدرات کل در تمام میانگره‌های رقم موروکو طی شرایط تنش تغییری نداشت (شکل 2).

میزان انتقال مجدد کربوهیدرات کل در تمام میانگره‌ها طی هر دو شرایط آبیاری و تنش رطوبتی در رقم متحمل به خشکی یوسف به‌طور معنا‌داری بیشتر از رقم موروکو بود (شکل 3)؛ یافته‌های یادشده با نتایج سایر پژوهشگران مطابقت دارند (Gupta et al., 2011; Khoshro et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016). تنش خشکی سبب افزایش مقدار انتقال مجدد کربوهیدرات کل در تمام میانگره‌های یوسف شد، ولی تأثیری بر میزان انتقال مجدد کربوهیدرات کل در هیچ‌یک از میانگره‌های رقم موروکو نداشت (شکل 3). بیشترین درصد القای انتقال مجدد کربوهیدرات کل طی شرایط تنش در رقم یوسف به میانگرۀ پنالتیمیت با 30 درصد افزایش تعلق داشت؛ درحالی‌‌که درصد القا در میانگره‌های زیرین و پدانکل به‌ترتیب 24 و 18 درصد بود. نکتۀ درخور توجه این است که اگرچه بیشترین کربوهیدرات کل میانگره‌های زیرین در رقم یوسف طی شرایط تنش کاهش معنا‌داری نشان داد (شکل 2)، میزان انتقال مجدد آن در این شرایط بیشتر از شرایط آبیاری بود (شکل 3)؛ با‌توجه‌به نمودار روند تغییرات کربوهیدرات کل میانگره‌های زیرین در شکل 1، میزان کاهش بیشتر و شدیدتر کربوهیدرات کل میانگره‌های زیرین طی شرایط تنش در این رقم و انتقال بیشتر این ذخایر به دانه می‌تواند دلیل این امر ‌باشد. یافتۀ یادشده به این شکل توجیه می‌شود که احتمالاً وجود فتوسنتز جاری و کافی‌بودن ذخایر کربوهیدرات دو میانگرۀ بالایی در شرایط آبیاری سبب می‌شود نیاز گیاه به استفاده از ذخایر کربوهیدراتی میانگره‌های زیرین کمتر و انتقال این مواد به دانه کمتر ‌شود؛ ازاین‌رو، کمترین غلظت کربوهیدرات کل میانگره‌های زیرین در شرایط آبیاری بیشتر از شرایط تنش خواهد بود (شکل 1).

نتایج همبستگی صفت‌های مختلف در شرایط تنش نشان دادند عملکرد دانه همبستگی مثبت و نسبتاً مناسبی با غلظت کربوهیدرات کل میانگره‌های پنالتیمیت (8/0r=) و میانگره‌های زیرین (81/0r=) دارد؛ در‌حالی‌که بین عملکرد دانه و غلظت کربوهیدرات کل میانگرۀ پدانکل همبستگی متوسطی (61/0r=) دیده شد. نتایج مشابهی دربارۀ همبستگی عملکرد دانه با انتقال مجدد کربوهیدرات کل میانگره‌های مختلف دیده شد؛ به‌طوری‌که مقدار همبستگی نسبتاً مشابهی بین عملکرد دانه و انتقال مجدد کربوهیدرات کل پدانکل (58/0r=)، پنالتیمیت (85/0r=) و میانگره‌های زیرین (84/0r=) وجود داشت.

 
 
 

شکل 2- بیشترین غلظت کربوهیدرات کل به تفکیک میانگره‌ها (پدانکل، پنالتیمیت و میانگره‌های زیرین) در دو رقم جو پس‌از گرده‌افشانی طی شرایط آبیاری و تنش رطوبتی. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار هستند و حرف‌های غیرمشابه در هر نمودار، تفاوت معنادار با استفاده از آزمون چنددامنه‌ای دانکن در سطح 5 درصد را بیان می‌کنند.

 

 

 
 
 

شکل 3- انتقال مجدد کربوهیدرات کل به تفکیک میانگره‌ها (پدانکل، پنالتیمیت و میانگره‌های زیرین) در دو رقم جو طی شرایط آبیاری و تنش رطوبتی. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار هستند و حرف‌های غیرمشابه در هر نمودار، تفاوت معنادار با استفاده از آزمون چنددامنه‌ای دانکن در سطح 5 درصد را بیان می‌کنند.

 

 

نتایج یادشده اهمیت ذخایر کربنی دو میانگرۀ پنالتیمیت و زیرین و پس‌از‌آن، پدانکل را در تغییرات وزنی دانه و درنتیجه، افزایش وزن دانه تأیید می‌کنند؛ همچنین نشان می‌دهند هر دو جزء غلظت کربوهیدرات کل و مقدار انتقال مجدد آن در میزان عملکرد دانه تأثیر دارند. یافته‌های یادشده با نتایج پژوهش Zhang و همکاران (2014) کمی تفاوت دارند؛ به‌طوری‌که آنها نشان دادند مقدار مطلق کربوهیدرات کل میانگره‌ها رابطه‌ای با وزن دانه در شرایط تنش ندارد و میزان و سرعت انتقال مجدد این ذخایر کربنی با میزان عملکرد دانه همبستگی مثبت دارد. طبق آزمایش‌های این پژوهشگران، میزان انتقال مجدد کربوهیدرات‌ها از ساقۀ ارقام گندم نسبت به غلظت آنها اهمیت بیشتری در شکل‌گیری عملکرد دانه طی شرایط تنش دارد (Zhang et al., 2014).

با‌توجه‌به اینکه در مقایسۀ سه میانگره، بیشترین میزان کربوهیدرات کل و انتقال آن به دانه و همچنین بیشترین درصد القای انتقال مجدد کربوهیدرات کل طی شرایط تنش به میانگرۀ پنالتیمیت مربوط بود، این میانگره برای اندازه‌گیری غلظت اجزای کربوهیدرات (گلوکز، فروکتوز، ساکارز و فروکتان) استفاده شد.

بررسی روند تغییرات غلظت گلوکز، فروکتوز، ساکارز و فروکتان (شکل 4) موجود در پنالتیمیت ارقام بررسی‌شده طی مراحل مختلف پس‌از گرده‌افشانی در شرایط آبیاری و تنش رطوبتی نشان داد تغییرات غلظت فروکتوز و گلوکز در رقم یوسف روند مشابهی دارند و تا 14 روز پس‌از گل‌دهی، افزایش و پس‌از رسیدن به بیشترین غلظت، به‌شدت کاهش می‌یابند. روند تقریباً مشابهی در زمینۀ غلظت این هگزوزها در رقم موروکو مشاهده شد؛ با این تفاوت که بیشترین غلظت گلوکز 21 روز پس‌از گل‌دهی به دست آمد. در زمینۀ روند تغییرات غلظت فروکتوز در رقم موروکو دیده شد پس‌از کاهش غلظت طی 21 روز پس‌از گل‌دهی، افزایش معنا‌داری در هر دو شرایط آبیاری و تنش در مرحلۀ بعدی (28 روز پس‌از گل‌دهی) رخ می‌دهد (شکل 4) که این افزایش می‌تواند ناشی از تجزیۀ فروکتان و ساکارز درنتیجۀ فعالیت آنزیم‌های مربوطه و انتقال‌نیافتن فروکتوز حاصل از تجزیۀ آنها به دانه (تا آن زمان) باشد؛ نتیجۀ مشابهی نیز در زمینۀ افزایش غلظت فروکتوز در مرحلۀ پایانی (30 روز پس‌از گرده افشانی) در ارقام گندم دیده شده است (Mohammadi Bazargani et al., 2011). غلظت ساکارز رقم یوسف طی زمان نمونه‌گیری به‌تدریج زیاد شد و در شرایط تنش و آبیاری به‌ترتیب در مراحل 7 و 14 روز پس‌از گل‌دهی به بیشترین مقدار خود رسید (شکل 4). همان‌طور که مشاهده می‌شود بیشترین مقدار ساکارز در شرایط تنش زودتر از شرایط آبیاری به دست می‌آید و دیگر پژوهشگران نیز این نتیجه را در گندم طی شرایط تنش گزارش کرده‌اند (Joudi et al., 2012; Khoshro et al., 2014). روند تغییرات ساکارز برای رقم موروکو در هر دو شرایط تنش و آبیاری مشابه بود؛ به‌طوری‌که غلظت ساکارز تا 21 روز پس‌از گل‌دهی افزایش و پس‌از‌آن، کاهش یافت (شکل 4).

تجمع ساکارز در مراحل اولیۀ پس‌از گل‌دهی در پنالتیمیت نشان‌دهندۀ بیشتر‌بودن عرضۀ مواد فتوسنتزی در مقایسه با تقاضا برای آنهاست. زمانی که غلظت ساکارز از حد مشخصی (حد آستانه که در گیاهان مختلف، گونه‌ها، ارقام و حتی بافت‌های مختلف یک گیاه متفاوت است) در واکوئل سلول‌ها بیشتر شود، واکنش‌های زنجیره‌ای ساخت فروکتان در سلول‌ها تحریک می‌شوند و فروکتان تجمع می‌یابد (Nagaraj et al., 2001). کاهش شدید ساکارز در فاصلۀ زمانی 14 تا 28 روز پس‌از گل‌دهی در رقم یوسف (به‌ویژه در شرایط تنش) با تجمع فروکتان طی این مراحل هماهنگ است (شکل 4). در رقم یوسف، بیشترین غلظت فروکتان طی شرایط تنش و آبیاری به‌ترتیب در مراحل 21 و 28 روز پس‌از گل‌دهی به دست آمد و همان‌طور که دیده می‌شود این بیشترین مقدار در شرایط تنش زودتر از شرایط آبیاری به دست می‌آید (شکل 4). غلظت فروکتان پس‌از رسیدن به بیشترین مقدار خود به‌تدریج تا مرحلۀ رسیدگی فیزیولوژیک کاهش یافت و کاهش غلظت فروکتان در شرایط تنش زودتر و شدیدتر و با شیب تندتری نسبت به شرایط آبیاری رخ داد (شکل 4). نتایج حاضر با نتایج دیگر پژوهشگران در زمینۀ گندم طی شرایط تنش خشکی (Joudi et al., 2012; Khoshro et al., 2014) و شوری (Sharbatkhari et al., 2016) مطابقت دارند.

مطابق شکل 4، هم‌زمان با کاهش غلظت فروکتوز، گلوکز و ساکارز، غلظت فروکتان تا 21 روز پس‌از گل‌دهی افزایش یافت. با‌توجه‌به اینکه فروکتوز و گلوکز پیش‌مادۀ اصلی ساکارز هستند و فروکتوز و ساکارز پیش‌مادۀ اصلی فروکتان‌ها به شمار می‌آیند، کاهش غلظت فروکتوز، گلوکز و ساکارز با افزایش فروکتان‌ها توجیه می‌شود؛ اما روند تغییرات غلظت فروکتان در هر دو شرایط آبیاری و تنش در رقم موروکو مشابه با روند تغییرات ساکارز و گلوکز بود (رسیدن به بیشترین مقدار در 21 روز پس‌از گل‌دهی). هم‌جهت‌بودن روند تغییرات غلظت این قندها نشان می‌دهد احتمالاً در این رقم، مقدار ساکارز واردشده به ساقه و مقدار تجزیه‌شدۀ آن از طریق آنزیم‌های مربوطه طی 21 روز پس‌از گرده‌افشانی بیشتر از نیاز موجود برای تولید فروکتان‌هاست و درنتیجه، غلظت این قندها نیز همانند فروکتان‌ها روند افزایشی دارد؛ برخی گزارش‌های اولیه این مطلب را تأیید می‌کنند .(Bonnett and Incoll, 1992; Wardlaw and Willenbrink, 2000). کمتربودن نیاز موجود برای تولید فروکتان نسبت به مقدار ساکارز ورودی احتمالاً به‌علت منتقل‌نشدن فروکتان تولیدی به دانه بر اثر تأخیر در فعالیت آنزیم‌های مربوطه (آنزیم‌های هیدرولیز‌کنندۀ فروکتان یا آنزیم‌های تبدیل‌کنندۀ فروکتوز به ساکارز برای انتقال بعدی آن به دانه یا آنزیم‌های انتقال‌دهندۀ ساکارز به دانه) و درنتیجه، تجمع بیشتر فروکتان در پنالتیمیت است. در مطالعۀ دیگری نشان داده شده است فروکتوز آزادشده از هیدرولیز فروکتان در زمان انتقال مجدد برای صدور به سنبله نیازمند تبدیل‌شدن به ساکارز و بارگیری آن به آوند آبکشی است. آنزیم‌هایی مانند فروکتوکیناز، سوکروزفسفات‌سنتاز و سوکروز‌فسفات‌فسفاتاز در فرایند تبدیل فروکتوز به ساکارز که در سیتوپلاسم سلول انجام می‌شود، درگیر می‌شوند (Wardlaw and Willenbrink, 1994) و به نظر می‌رسد این واکنش‌ها هنگام انتقال مجدد در رقم موروکو به‌سرعت انجام نمی‌شوند.

نمودارهای شکل 4 نشان می‌دهند غلظت گلوکز، ساکارز و فروکتان طی مرحلۀ آغاز گل‌دهی در هر دو شرایط آبیاری و تنش در رقم یوسف بیشتر از رقم موروکو است؛ به‌طوری‌که غلظت این کربوهیدرات‌ها در رقم موروکو در آغاز گل‌دهی تقریباً صفر است و این مطلب نشان‌دهندۀ تجمع کربوهیدرات‌ها پیش از آغاز گل‌دهی در رقم متحمل یوسف است که علت آن احتمالاً توان زیاد این رقم در بیوسنتز و ذخیره‌سازی کربوهیدرات‌هاست. رقم حساس موروکو هیچ‌گونه تجمع کربوهیدراتی به‌ویژه به‌شکل فروکتان که مهم‌ترین شکل ذخیره‌ای است، پیش‌‌از آغاز گل‌دهی نداشت. تجمع فروکتان پیش از گل‌دهی در رقم متحمل به خشکی در گندم نیز گزارش شده است (Joudi et al., 2012)؛ در همین راستا، تنوع گسترده‌ای ازنظر تجمع ذخایر پیش از گل‌دهی بین 20 رقم جو دوردیفه مشاهده شده است؛ به‌طوری‌که تنها 8 رقم از آنها دارای ذخایر پیش از گرده افشانی بوده‌اند (Przulj and Momcilovic, 2001).

بررسی بیشترین اجزای کربوهیدرات در پنالتیمیت نشان داد میزان فروکتوز، گلوکز، ساکارز و فروکتان طی هر دو شرایط تنش و آبیاری در رقم یوسف بیشتر از رقم موروکو است؛ مطابق با این نتایج، پژوهشگران دیگر نیز نشان داده‌اند میزان تجمع فروکتان در میانگرۀ ژنوتیپ متحمل‌تر در هر دو شرایط تنش و آبیاری بیشتر از ژنوتیپ حساس است (Joudi et al., 2012).

بیشترین میزان فروکتوز، گلوکز، ساکارز و فروکتان در رقم یوسف طی شرایط تنش در مقایسه با آبیاری افزایش یافت؛ درحالی‌که هیچ افزایش معناداری در میزان این قندها برای رقم موروکو طی تنش خشکی مشاهده نشد (شکل 5). Méndez و همکاران (2011) در بررسی چهار لاین جو (اصلاح‌شده برای شرایط تنش خشکی) نشان دادند محتوای فروکتان ساقۀ تمام این لاین‌ها و محتوای هگزوزهای برخی از این لاین‌ها در شرایط تنش خشکی آخر فصل به میزان درخور توجهی افزایش می‌یابد (Méndez et al., 2011)؛ همچنین Joudi و همکاران (2012) گزارش کردند در رقم حساس، محتوای فروکتان طی شرایط تنش کاهش می‌یابد، ولی تفاوتی در رقم متحمل دیده نمی‌شود (Joudi et al., 2012). بررسی متابولیسم فروکتان در سه رقم گندم و طی شرایط آبی و دیم نیز بیشتربودن مقدار فروکتان در شرایط دیم نسبت به شرایط آبی را نشان داد (Goggin and Setter, 2004)؛ همچنین در شرایط تنش، میزان کربوهیدرات‌های محلول ساقه و به‌ویژه فروکتان در رقم متحمل افزایش چشمگیری داشت .(Khoshro et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016)؛ در مقابل، Ehdaie  و همکاران (2006) بیان کردند تنش خشکی غلظت کربوهیدرات‌های محلول ساقه را در تمام میانگره‌ها به‌استثنای پدانکل کاهش می‌دهد (Ehdaie et al., 2006). مطالعه‌های دیگر پژوهشگران نشان می‌دهند تغییرات غلظت قندها طی شرایط تنش بسته به رقم و حتی اندام‌های مختلف گیاه متفاوت است .(Ehdaie and Waines, 1996; Ma et al., 2014).

 

 

رقم موروکو

رقم یوسف

   
   
   
   

شکل 4- روند تغییرات غلظت قندهای محلول (گلوکز، فروکتوز، ساکارز و فروکتان) میانگرۀ پنالتیمیت دو رقم جو یوسف (A-D) و موروکو (E-H) در زمان‌های مختلف پس‌از گرده‌افشانی و و مرحلۀ رسیدگی فیزیولوژیک (Ph M) طی شرایط آبیاری و تنش رطوبتی. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار است.

 

 

نقش قندهای محلول گلوکز و فروکتوز، بیشتر تأمین سوبسترای (پیش‌مادۀ) لازم برای زنجیرۀ تنفسی است. افزایش معنادار میزان این قندها در میانگرۀ پنالتیمیت رقم یوسف طی تنش خشکی نشان داد این هگزوزها کمتر صرف زنجیرۀ تنفسی (واقع در میتوکندری)و بیشتر ذخیره می‌شوند. به‌طور‌کلی، بخشی از مواد فتوسنتزی به‌طور موقت در ساقه‌ها ذخیره می‌شوند تا بتوانند به‌طور کارا در انتقال مجدد استفاده شوند؛ این مواد به‌شکل ساکارز وارد ساقه‌ها می‌شوند و به‌شکل ساکارز، گلوکز، فروکتوز و فروکتان (عمدتاً به‌شکل ساکارز و فروکتان) در ساقه‌ها ذخیره می‌شوند (Blum et al., 1994; Blum, 1998). در همین زمینه، Xue و همکاران (2008) گزارش کردند کاهش بیان آنزیم پیرووات‌دهیدروژناز در سطح RNA با افزایش ذخیرۀ قندهای محلول ساقه همراه است؛ زیرا این آنزیم در تبدیل پیرووات به استیل‌کوآنزیم A در زنجیرۀ تنفسی میتوکندری نقش دارد و در‌نتیجۀ کاهش بیان این آنزیم، هگزوزها کمتر به زنجیرۀ تنفسی وارد می‌شوند و در مسیر ذخیره‌شدن پیش می‌روند (Yang et al., 2004).

در زمینۀ فروکتان مشخص شده است قطعاً یکی از عوامل محافظت‌کنندۀ سلول گیاهی در برابر تنش‌های غیرزنده است (Livingston et al., 2009; Valluru and Van den Ende, 2008) و دارای قابلیت تثبیت غشا طی تنش خشکی از طریق قراردادن حداقل بخشی از پلی‌ساکارید در منطقۀ لیپیدی غشا است (Vereyken et al., 2003)؛ ازاین‌رو، افزایش فروکتان در پنالتیمیت رقم یوسف طی تنش خشکی به پایداری و تحمل بیشتر سلول‌های پنالتیمیت این رقم در برابر تنش خشکی نسبت به ژنوتیپ موروکو منجر می‌شود. در رقم یوسف، پنالتیمیت منبعی مناسب و دارای پتانسیل مناسب برای انتقال مجدد طی شرایط تنش خشکی است و بیشترین انتقال مواد ذخیره‌ای به دانه از این میانگرۀ ساقه انجام می‌شود. فروکتان‌ها با نقش‌های یادشده یکی از مهم‌ترین شکل‌های ذخیره‌ای کربوهیدرات‌های محلول درآب به شمار می‌آیند که در مراحل انتهایی رشد و نمو دانه، سهم زیادی در حمایت‌کردن از پرشدن دانه دارند و به‌منظور رشد و پرشدن دانه، کاهش می‌یابند. نتایج پژوهش حاضر در بررسی نسبت اجزای کربوهیدرات‌های محلول ساقه نشان دادند فروکتان و ساکارز از مهم‌ترین شکل‌های ذخیره‌ای قندها در ساقه (پنالتیمت) هستند و نسبت فروکتان به ساکارز در رقم یوسف بیشتر است، ولی در رقم موروکو نسبت ساکارز به فروکتان بیشتر است؛ همچنین در هر دو رقم، هگزوزها نقش کم‌رنگ‌تری در ذخیره‌سازی کربوهیدرات‌های محلول در ساقه دارند (شکل 5). فروکتان مهم‌ترین شکل کربوهیدرات ذخیره‌ای در ساقه است (Gupta et al., 2011; Khoshro et al., 2014; Sharbatkhari et al., 2016)؛ در همین زمینه، آزمایش Ruuska و همکاران (2006) تنوع نسبت فروکتان به ساکارز را در ارقام مختلف نشان داد؛ به‌طوری‌که اگرچه فروکتان همراه با ساکارز مهم‌ترین و هگزوزها کمترین جزء کربوهیدرات ذخیره‌ای ساقه در تمام ارقام بودند، نسبت فروکتان به ساکارز در برخی ارقام و نسبت ساکارز به فروکتان در برخی دیگر بیشتر بود که با نتایج پژوهش حاضر مطابقت دارد (Ruuska et al., 2006).

 

 

شکل 5- مقایسۀ بیشترین غلظت قندهای محلول (گلوکز، فروکتوز، ساکارز و فروکتان) میانگرۀ پنالتیمیت دو رقم جو در شرایط آبیاری و تنش رطوبتی. مقادیر میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار هستند.

 

 

نتایج انتقال مجدد اجزای کربوهیدرات‌های محلول ساقه نشان دادند میزان کاهش (انتقال مجدد) تمام قندها (گلوکز، فروکتوز، ساکارز و فروکتان) در پنالتیمیت رقم یوسف طی هر دو شرایط آبیاری و تنش بیشتر از رقم موروکو است (شکل 6)؛ چنین نتایجی در مطالعه‌های سایر پژوهشگران نیز مشاهده می‌شوند؛ به‌طوری‌که در بررسی آنها، میزان انتقال مجدد فروکتان از میانگرۀ رقم متحمل در هر دو شرایط تنش و آبیاری بیشتر از رقم حساس است .(Méndez et al., 2011; Sharbatkhari et al., 2016). در رقم یوسف، میزان انتقال مجدد تمام قندها در شرایط تنش خشکی افزایش معنا‌داری داشت، ولی در رقم موروکو هیچ تفاوتی در شرایط تنش مشاهده نشد (شکل 6).

در مقایسۀ روند رشد دانه با روند تغییرات اجزای کربوهیدرات‌های محلول ساقه مشاهده شد تا زمان 21 روز پس‌از گل‌دهی (زمانی که وزن دانه به‌کندی افزایش می‌یابد؛ نتایج ارائه نشده‌اند)، غلظت فروکتان در ساقه رو به افزایش است (شکل 4)؛ درحالی که در مرحلۀ بعدی (زمان 28 روز پس‌از گل‌دهی)، وزن دانه با آغاز انتقال ذخایر کربنی ساقه (پنالتیمیت) به دانه (کاهش غلظت فروکتان) (شکل 4) با روند سریع‌تری به‌ویژه در رقم یوسف افزایش می‌یابد؛ به‌طوری‌که با رسیدن به بیشترین میزان انتقال فروکتان به دانه در زمان رسیدگی فیزیولوژیک (نزدیک‌شدن مقدار فروکتان ساقه به مقدار صفر در پنالتیمیت) (شکل 4)، افزایش درخور توجهی در وزن دانه به وجود می‌آید (نتایج ارائه نشده‌اند)؛ در همین زمینه، Takahashi و همکاران (2001) نشان دادند الگوی تجمع کربوهیدرات از گل‌دهی تا بلوغ در بافت‌های مختلف گندم با مراحل مختلف پرشدن دانه متناظر است؛ به‌شکلی‌که غلظت فروکتان ساقه از یک هفته پس‌از گل‌دهی تا مرحلۀ شیری دانه (مراحل ابتدایی پرشدن دانه) تجمع و سپس تا زمان بلوغ دانه (فازهای انتهایی) کاهش می‌یابد (Takahashi et al., 2001). نکتۀ درخور توجه، همسوبودن روند رشد دانه در شرایط آبیاری و تنش در رقم یوسف (نتابج ارائه نشده اند) با افزایش میزان فروکتان و انتقال بیشتر آن در شرایط تنش است؛ با‌توجه‌به مطالب یادشده، به نظر می‌رسد رقم یوسف توانایی زیادی در ذخیره‌سازی و انتقال مجدد کربن در شرایط تنش خشکی دارد؛ نتایج یادشده این فرضیه را قوت می‌بخشند که علت کاهش‌نیافتن میزان عملکرد دانه طی شرایط تنش در رقم یوسف با‌وجود کاهش میزان کلروفیل و به‌تبع آن، کاهش فتوسنتز و اسیمیلات‌های جاری، احتمالاً القای زیاد انتقال مجدد کربوهیدرات‌های ساقه در شرایط تنش و طی پرشدن دانه است؛ به‌طوری‌که می‌تواند جایگزین مناسبی برای اسیمیلات‌های جاری محدود‌شده باشد. این در حالیست که درنتیجۀ کاهش فتوسنتز در شرایط تنش از زمان 28 روز پس‌از گل‌دهی در رقم موروکو، کاهش وزن دانه به‌وضوح مشاهده می‌شود؛ به‌طوری‌که در زمان رسیدگی فیزیولوژیک، مقدار عملکرد دانه در شرایط تنش به میزان زیادی کاهش می‌یابد؛ این نتایج نشان می‌دهند این رقم در شرایط محدودشدن اسیمیلات‌های فتوسنتزی از منابع کربنی ساقه برای جبران استفاده نمی‌کند و دلیل این امر را می‌توان در میزان مشابه انتقال مجدد فروکتان این رقم طی شرایط تنش و آبیاری دانست (شکل 6).

 

 

   
   

شکل 6- انتقال مجدد قندهای محلول گلوکز (A)، فروکتوز (B)، ساکارز (C) و فروکتان (D) در میانگرۀ پنالتیمیت دو رقم جو طی شرایط آبیاری و تنش رطوبتی. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیارهستند و حرف‌های غیرمشابه در هر نمودار، تفاوت معنادار با استفاده از آزمون چنددامنه‌ای دانکن در سطح 5 درصد را بیان می‌کنند.

 

در تأیید مطالب یادشده، نتایج همبستگی طی شرایط تنش نشان دادند رابطۀ مثبت و معنا‌داری بین عملکرد دانه با بیشترین غلظت فروکتان (90/0r=) و انتقال مجدد فروکتان پنالتیمیت (88/0r=) وجود دارد و این خود اهمیت زیاد مقدار مطلق فروکتان و مقدار انتقال مجدد آن را در عملکرد دانه نشان می‌دهد.

به‌طور‌کلی، نتایج تجمع و انتقال مجدد قندهای محلول و فروکتان نشان می‌دهند رقم یوسف پتانسیل انتقال مجدد ذخایر ساقۀ بیشتری طی تنش خشکی در مقایسه با آبیاری نسبت به رقم موروکو دارد و ازاین‌رو، بیشتر از سازوکار انتقال مجدد ذخایرکربنی برای تحمل کم‌آبی و حفظ عملکرد در این شرایط بهره می‌گیرد؛ ازاین‌رو می‌توان نتیجه‌گیری کرد در زمان کمبود ذخایر فتوسنتزی، گیاهی موفق‌تر عمل می‌کند که در زمان مناسب و به میزان زیاد از سازوکارهای کارآمد مانند انتقال مجدد کربوهیدرات‌های محلول در ساقه برای جبران این کمبود استفاده کند.

Abedini, R., Shahbazi, M., Shobbar, Z. S. and Pishkanm Rad, R. (2012) Expression analysis of dehydrins gene family in barley tolerant and sensitive cultivars and wild genotype under drought conditions. Iranian Journal of plant Biology 4(11): 39-46 (in Persian).

Abouzar, M., Shahbazi, M., Torabi, S., Nikkhah, H. R. and Nadafi, S. (2012) Post-anthesis changes in internodes dry matter, stem mobilization and their relation to the grain Yield of Barley (Hordeum vulgare L.). Iranian Journal of Plant Physiology 2(4): 553-557.

Blum, A. (1998) Improving wheat grain filling under stress by stem reserve mobilization. Euphytica 100: 77-83.

Blum, A., Sinmena, J., Mayer, G. and Shpiler, L. (1994) Stem reserve mobilization supports wheat grain filling under heat stress. Australian Journal of Plant Physiology 21: 771-781.

Bonnett, G. D. and Incoll, L. D. (1992) Effect on the stem of winter barley of manipulating the source and sink during grain filling: Changes in accumulation and loss of mass from internodes. Journal of Experimental Botany 44: 75-82.

Chang, T. T., Konzak, C. F. and Zadoks, J. C. (1974) A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Research 4: 415-421.

Dubois, D., Winzeler, M. and Nösberger J. (1990) Fructan accumulation and sucrose: sucrose fructosyltransferase activity in stems of spring wheat genotypes. Crop Science 30(2): 315-319.

Ehdaie, B. and Waines, J. G. (1996) Genetic variation for contribution of preanthesis assimilates to grain yield in spring wheat. Journal of Genetics and Breeding (Italy) 50: 47-56

Ehdaie, B., Alloush, G. A., Madore, M. A. and Waines, J. G. (2006) Genotypic variation for stem reserves and mobilization in wheat: I. Postanthesis changes in internode dry matter. Crop Science 46: 735-746.

Ehdaie, B., Alloush, G. A. and Waines, J. G. (2008) Genotypic variation in linear rate of grain growth and contribution of stem reserves to grain yield in wheat. Field Crops Research 106: 34-43.

Goggin, D. E. and Setter T. L. (2004) Fructosyl transferase activity and fructan accumulation during development in wheat exposed to terminal drought. Functional Plant Biology 31: 11-21.

 

 

Gonzalez, A., Martin, I. and Ayerbe, L. (1999) Barley yield in water-stress conditions: The influence of precocity, osmotic adjustment and stomatal conductance. Field Crops Research 62: 23-34.

Gupta, A. K., Kaur, K. and Kaur, N. (2011)Stem reserve mobilization and sink activity in wheat under drought conditions. American Journal of Plant Sciences 2: 70-77.

Guo, P., Baum, M., Grando, S., Ceccarelli, S., Bai, G., Li, R., von Korff, M., Varshney, R. K., Graner, A. and Valkoun, J. (2009) Differentially expressed genes between drought-tolerant and drought-sensitive barley genotypes in response to drought stress during the reproductive stage. Journal of Experimental Botany 60: 3531-3544.

Joudi, M., Ahmadi, A., Mohamadi, V., Abbasi, A., Vergauwen, R., Mohammadi, H. and Van den Ende, W. (2012) Comparison of fructan dynamics in two wheat cultivars with different capacities of accumulation and remobilization under drought stress. Physiologia Plantarum 144: 1-12.

Khoshro, H .H., Taleei, A., Bihamta, M. R., Shahbazi, M., Abbasi, A. and Ramezanpour, S. S. (2014) Expression analysis of the genes involved in accumulation and remobilization of assimilates in wheat stem under terminal drought stress. Plant Growth Regulation 74: 165-176.

Kobata, T., Palta, J. A. and Turner, N. C. (1992) Rate of development of postanthesis water deficits and grainfiling of spring wheat. Crop Science 32: 1238-1242.

Livingston, D. P., Hincha, D. K. and Heyer, A. G. (2009) Fructan and its relationship to abiotic stress tolerance in plants. Cellular and Molecular Life Sciences 66: 2007-2023.

Ma, J., Huang, G. B., Yang, D. L., and Chai, Q. (2014) Dry matter remobilization and compensatory effects in various internodes of spring wheat under water stress. Crop Science 54: 331-339.

Mamnoei, E. and Seyed Sharifi, R. (2010) Study the effects of water deficit on chlorophyll fluorescence indices and the amount of proline in six barley genotypes and its relation with canopy temperature and yield. Journal of plant Biology 2(5): 51-62 (in Persian).

Méndez, A. M., Castillo, D., Del Pozo, A., Matus, I. and Morcuende R. (2011) Differences in stem soluble carbohydrate contents among recombinant chromosome substitution lines (RCSLs) of Barley under drought in a Mediterranean–type environment. Agronomy Research 9 (Special Issue II): 433-438.

Mohammadi Bazargani, M., Sarhadi, E., Shahnejat Bushehri, A. A., Matros, A., Mock, H. P., Naghavi, M. R., Hajihoseini, V., Mardi, M., Hajirezaei, M. R., Moradi, F., Ehdaie, B. and Hosseini Salekdeh, G. (2011) A proteomics view on the role of drought-induced senescence and oxidative stress defense in enhanced stem reserves remobilization in wheat. Journal of Proteomics 74(10): 1959-1973.

Nagaraj, V. J., Riedl, R., Boller, T., Wiemken, A. and Meyer, A. D. (2001) Light and sugar regulation of the barley sucrose: fructan 6-fructosyltransferase promoter. Journal of Plant Physiology 158: 1601-1607.

Nikkhah, H.R., Yousefi, A., Mahlouji, M., Arazmjou, M., Ravari, Z., AlHosseini, M. Pazhoumand, M.E. and Morovati Y. (2007) Selection of barley (Hordeum vulgare l.) genotypes for temperate zones of Iran using stability statistics. Seed and Plant Improvement Journal 23 (1): 1-12 (in Persian).

Przulj, N. and Momcilovic, V. (2001) Genetic variation for dry matter and nitrogen accumulation and translocation in two-rowed spring barley I. Dry matter translocation. European Journal of Agronomy 15: 241-254.

Ruuska, S. A., Rebetzke, G. J., van Herwaarden, A. F., Richards, R. A., Fettell, N. A., Tabe, L. and Jenkins, C. L. D. (2006) Genotypic variation in water-soluble carbohydrate accumulation in Wheat. Functional Plant Biology 33: 799-809.

Saeidi, M. and Moradi F. (2011) Effect of post-anthesis water stress on remobilization of soluble carbohydrates from peduncle and penultimate internodes to the developing grains of two bread wheat cultivars. Iranian Journal of Crop Sciences 13(3): 548-564 (in Persian).

Sarabadani Tafresh, R., Shobbar, Z. S., Bihamta, M. R., Shahbazi, M., Naghavi, M. R., Karami, A., Dehghani Sanich, H. (2013) The effect of terminal drought stress on yield and physiological traits Barley cultivars. Water Research in Agriculture 27(4): 535-549 (in Persian).

Sharbatkhari, M., Shobbar, Z., Galeshi, S. and Nakhoda, B. (2016) Wheat stem reserves and salinity tolerance: Molecular dissection of fructan biosynthesis and remobilization to grains. Planta 244(1): 191-202.

Takahashi, T., Chevalier, P. M and Rupp, R. A. (2001) Storage and remobilization of soluble carbohydrates after heading in different plant parts of a winter wheat cultivar. Plant Production Science 4: 160-165.

Valluru, R. and Van den Ende, W. (2008) Plant fructans in stress environments: Emerging concepts and future prospects. Journal of Experimental Botany 59: 2905-2916.

Vereyken, I. J., Chupin, V., Islamov, A., Kuklin, A., Hincha, D. K and Kruijff, B. D. (2003) The effect of fructan on the phospholipid organization in the dry state. Biophysical Journal 85: 3058-3065.

Wardlaw, I. F. and Willenbrink, J. (1994) Carbohydrate storage and mobilization by the culm of wheat between heading and grain maturity: the relation to sucrose synthase and sucrose-phosphate synthase. Australian Journal of Plant Physiology 21: 255-271.

Wardlaw, I. F. and Willenbrink, J. (2000) Mobilization of fructan reserves and changes in enzyme activities in wheat stems correlate with water stress during kernel filling. New Phytologist 148: 413-422.

Xue, G. P., McIntyre, C. L., Jenkins, C. L., Glassop, D., van Herwaarden, A. F. and Shorter, R. (2008) Molecular dissection of variation in carbohydrate metabolism related to water-soluble carbohydrate accumulation in stems of wheat (Triticum aestivum L.). Plant Physiology 146: 441-454.

Yang, J., Zhang, J., Wang, Z., Zhu, Q. and Liu, L. (2004) Activities of fructan- and sucrose- metabolizing enzymes in wheat stems subjected to water stress during grain filling. Planta 220: 331-343.

Yukawa, T., Kobayashi, M. and Watanabe Y. (1995) Studies on fructan accumulation in wheat (Triticum aestivum L.). Japanese Journal of Crop Science 64: 801-806.

Zhang, J., Dell, B., Conocono, E., Waters, I., Setter, T. and Appels, R. (2009) Water deficits in wheat: fructan exohydrolase (1-FEH) mRNA expression and relationship to soluble carbohydrate concentrations in two varieties. New Phytologist 181: 843-850.

Zhang, B., Li, W., Chang, X., Li, R. and Jing. R. (2014) Effects of favorable alleles for water-soluble carbohydrates at grain filling on grain weight under drought and heat stresses in wheat. PLoS ONE 9(7): e102917.

Zhang, J., Xu, Y., Chen, W., Dell, B., Vergauwen, R., Biddulph, B., Khan, N., Luo, H., Appels, R. and Van den Ende, W. (2015) A wheat 1-FEH w3 variant underlies enzyme activity for stem WSC remobilization to grain under drought. New Phytologist 205: 293-305.