تغییرات غلظت کربوهیدرات محلول و نشاسته و ویژگی‌های ریخت‌شناسی ریشه در ژنوتیپ‌های شبدر Trifolium spp. تحت تنش سرما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

2 گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

بعلت گستردگی کشت شبدر در ایران، امکان مواجه شدن با تنش‌های محیطی مانند تنش سرما برای این گیاه وجود دارد. این تحقیق با هدف بررسی ارتباط بین غلظت کربوهیدرات و خصوصیات مورفولوژیک ریشه با تحمل به تنش سرما در ژنوتیپ‌های شبدر به صورت اسپلیت اسپلیت پلات در زمان اجرا شد. تاریخ کاشت در سه سطح به عنوان عامل اصلی، 10 ژنوتیپ شبدر به عنوان عامل فرعی و چین‌ برداری در سه سطح به عنوان عامل فرعی فرعی در قالب طرح پایه بلوکهای کامل تصادفی با چهار تکرار در دو سال زراعی اجرا شد. با تأخیر در کاشت صفات طول ریشه، وزن ریشه، قطر طوقه، وزن طوقه در ژنوتیپ‌های شبدر کاهش و نسبت ریشه به شاخساره افزایش یافت. شبدر قرمز و شبدر ایرانی (دیررس) از غلظت قند محلول، فروکتوز، گلوکز و نشاسته بیشتری در ریشه برخوردار بودند، درحالی که شبدر ایرانی (یک چین) و شبدر لاکی کمترین غلظت را نشان دادند. تاخیر در کاشت، کاهش 13 درصدی را در غلظت کربوهیدرات محلول کل موجب شد و گلوکز، فروکتوز و نشاسته به ترتیب کاهش 20، 21 و 9 درصدی را نشان دادند. شیب منحنی ذخیره قند بین دو مرحله رکود زمستانه و رشد مجدد بهاره در شبدر قرمز، برسیم، ایرانی (یک چین) و لاکی ملایم تر بود و از ذخیره قند ریشه استفاده کمتری شد. شیب منحنی ذخیره قند از زمان شروع رشد مجدد تا قبل از چین اول در شبدر برسیم و لاکی بیشتر بود و به دلیل این رشد سریع می توان در مناطقی که در این محدوده زمانی دارای دماهای پایین تنش‌زا هستند از این ژنوتیپ‌ها استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Changes in Soluble Carbohydrate and starch Concentration and Root Morphological Characteristics in Clover Trifolium spp. Genotypes under

نویسندگان [English]

  • Mohammad Zamanian 1
  • Mona Poureisa 1
  • Abolfazl Baghbani-Arani 2
1 Seed and Plant Breeding Research Institute, Agricultural Education and Extension Research Organization, Karaj, Iran
2 Department of Agriculture, Payame Noor University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Given prevalence of clover cultivation in Iran, it is likely to face with environmental stresses, such as cold stress for this plant. Therefore, the present study was done to investigate the relationship of carbohydrate concentration and morphological characteristics of roots with cold stress tolerance in clover genotypes using a split-plot design in time. Planting date at three levels as the main factor, 10 clover genotypes as a sub-factor, and also cutting time at three levels as a sub-factor were all considered in a randomized complete block design with four replications in two crop years. With delay in planting, root length, root weight, crown diameter, and crown weight were decreased in clover genotypes and root –to- shoot ratio was increased. Red clover and Persian clover (late maturity) had higher concentrations of soluble carbohydrate, fructose, glucose, and starch in the roots, while Persian clover (one cutting) and crimson clover showed the lowest concentrations. Delay in planting caused a 13% decrease in total soluble carbohydrate concentration and glucose, fructose, and starch concentration was decreased by 20, 21, and 9%, respectively. Slope of the sugar storage curve between the two stages of winter dormancy and spring regrowth was milder in the red, berseem, Persian (one cutting), and crimson clover, respectively and root sugar storage curve was used less. Slope of carbohydrate storage curve was higher in berseem and crimson clover from regrowth until the first cutting, and because of this rapid growth, these genotypes can be used in the areas with low-stress temperatures within this time range.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Persian clover
  • Water-soluble carbohydrates
  • Glucose
  • Fructose
  • Starch
  • Roots
  • Relay cropping
  • Overwintering

گستردگی کشت شبدر و کاشت پاییزه گونه‌های آن، احتمال مواجهه با تنش سرما را افزایش می‌دهد. انتخاب تاریخ کاشت و ژنوتیپ مناسب در هر منطقه می‌تواند مانع از کاهش عملکرد ناشی از تنش‌های محیطی به‌ویژه تنش سرما شود. در این زمینه شناسایی مکانیسم‌های مواجهه گیاهان با سرما برای انتخاب بهترین تاریخ کاشت و ژنوتیپ در گیاه شبدر می‌تواند کمک شایانی کند (Zamanian and Yamada, 2017). صفات مرتبط با تحمل به سرما را می‌توان در دو گروه تقسیم‌بندی کرد. گروه اول که بقای گیاهان در طول زمستان را موجب می‌شوند و گروه دوم آنهایی که رشد مجدد بهاره را تقویت می‌کنند. رشد مجدد بهاره در شروع فصل بهار با فتوسنتز و ظرفیت رشد در دماهای پایین‌تر از دمای بهینه مرتبط است، درحالی‌که بقای گیاه در زمستان به‌طور عمده با سنتز و کاتابولیسم اسمولیت‌های سازگار در طول زمستان مرتبط است (Annicchiarico et al., 2015). در شبدر سفید (Trifolium repens L.) متداول‌ترین اسمولیت‌های سازگار قندهای محلول، پروتئین و اسیدهای آمینه از جمله پرولین هستند (Goulas et al., 2003; Annicchiarico et al., 2015). در این گونه گیاهی بین کربوهیدرات محلول موجود در استولن و تحمل سرما رابطه فیزیولوژیک وجود دارد (Dalmannsdóttir et al., 2001). در شبدر سفید تجمع نشاسته در استولن‌ها و ریشه‌ها در آغاز فصل سرما به‌عنوان یک فرآیند سازگاری القا می‌شود. نشاسته در طول دوره سرما، انرژی لازم برای فعالیت متابولیک پایه را فراهم می‌کند و هیدرولیز آن کربوهیدرات محلول را تأمین می‌کند. غلظت بیشتر کربوهیدرات‌های محلول در استولن پتانسیل اسمزی را افزایش و نقطه انجماد سلول را کاهش می‌دهد (Castonguay et al., 2006; Dalmannsdottir et al., 2001). مطالعات در شرایط کنترل‌شده نشان داده است که محتوای بیشتر کربوهیدرات‌های محلول در استولن بقای گیاه را در شرایط سرد افزایش می‌دهد (Dalmannsdottir et al., 2001; Frankow-Lindberg, 2001). بر اساس این رابطه، غلظت کربوهیدرات محلول در استولن به‌عنوان معیار انتخاب امیدوارکننده‌ برای برنامه‌های اصلاح‌نژاد در نظر گرفته می‌شود که هدف آنها توسعه ارقام متحمل به سرما است. Inostroza و همکاران (2017) نشان دادند میزان تجزیه کربوهیدارت‌ها در طول دوره زمستان ارتباط ژنتیکی معنی‌داری با تولید ماده خشک در طول بهار دارد که نتیجه مکانیسم‌های ژنتیکی-فیزیولوژیکی طی دوره سرما است.

در پژوهش دیگر نشان داده شد که در شبدر سفیدی که نسبت به سرما سازگار شده است، تحت تنش سرما محتوای نسبی آب برگ نسبت به گیاهانی که به سرما سازگار نشده‌اند، بیشتر حفظ می‌شود و این گیاهان تحت تنش سرما تنظیم اسمزی انجام می‌دهند. فقط 30 تا 40 درصد کاهش در پتانسیل اسمزی تحت تنش سرما به‌علت افزایش کربوهیدرات‌های محلول ایجاد می‌شود. ترکیبات دیگری از جمله اسیدهای آمینه و مواد معدنی نیز در کاهش پتانسیل اسمزی و تنظیم اسمزی در گیاهان سازگار‌شده به سرما ممکن است نقش داشته باشند (Santarius, 1994). کربوهیدرات‌ها در گیاه به‌راحتی منتقل می‌شوند و به‌عنوان منبع انرژی قابل دسترس، می‌توانند نقطه انجماد را پایین بیاورند. اگرچه ممکن است تنها راهکار مقاومت به تنش یخ‌زدگی نباشند (Guinchard et al., 1997). محتوای کربوهیدرات درگیاهان سازگارنشده طی تنش سرما افزایش و مقدار نشاسته طی تنش یخ‌زدگی کاهش می‌یابد. گیاهانی که با یخ‌زدگی مواجه شده‌اند، تنها زمانی غلظت نشاسته بالاتری در استولن‌های خود نشان می‌دهند که قبلاً نسبت به سرما سازگار شده باشند. محتوای بالای نشاسته در شبدر سفید پیش‌نیازی برای بقای زمستانه است و غلظت بالای نشاسته در استولن ظرفیت بهتری برای رشد مجدد بهاره از طریق انتقال مجدد خود فراهم می‌کند (Guinchard et al., 1997). در دم‌گربه چمنی (Phleum pratense L.) تجمع مقادیر بالای کربوهیدرات‌های محلول مانند فروکتان با درجه بالای پلیمریزاسیون ممکن است در مقاومت بیشتر زمستانه نقش داشته باشد. نقش کارکردی مستقیم فروکتان در تحمل تنش سرما مرتبط با افزایش پایداری غشاء سلولی است (Sandve et al., 2011). در شبدر قرمز (Trifolium pratense L.)، افزایش غلظت ساکاروز طی دوره سازگار شدن به سرما در پاییز با کاهش شدید غلظت نشاسته در طوقه همراه بود. غلظت فروکتوز و گلوکز ناچیز بود و طی دوره سازگار شدن و زمستان‌گذرانی به‌طور معنی‌داری کاهش یافت. مقدار رافینوز که پیش از دوره سازگارشدن به سرما مقدار ناچیز و غیرقابل اندازه‌گیری داشت، در اواسط این دوره به مقدار 3/1 میلی‌گرم در گرم ماده خشک رسید (Bertrand et al., 2020). تجزیه و تحلیل کامل تغییرات کربوهیدرات‌ها و زمستان‌گذرانی، حاکی از افزایش چشمگیر ساکاروز همراه با کاهش نشاسته در طوقه شبدر قرمز طی دوره خوسرمایی پاییزه بود. تجزیه نشاسته، قندهای محلول را تأمین می‌کند که این امر نقش مهمی در دستیابی به تحمل انجماد در بسیاری از گونه‌های علفی معتدل دارد ((Klotke et al., 2004 و میزان آن برای تأمین پایدار کربن در طول زمستان بسیار تحت کنترل است (Lu et al., 2005). همچنین، Wani و همکاران (2018) افزایش درخور توجهی در میزان کربوهیدرات محلول در گیاه کیسه کشیش (Capsella bursa pastoris L.) در واکنش به تنش سرما مشاهده کردند. در یونجه ارتباط قوی بین تحمل به تنش سرما و غلظت کربوهیدرات ریشه و طوقه گزارش شده است (Castonguay et al., 2006; Bertrand et al., 2017) و این تحمل به سرما، بیشتر با تجمع الیگوساکاریدهای خانواده رافینوز (رافینوز و استاکیوز) مرتبط بود تا ساکاروز (Castonguay et al., 1995). الیگوساکاریدهای خانواده رافینوز و ساکاروز برای بیشینه محافظت از غشاء به‌صورت هم‌افزا عمل می‌کنند (Hincha et al., 2002; Uemura and Steponkus, 2003) در مطالعه دیگری در ارتباط با گیاه یونجه، Xu و همکاران (2020) اعلام کردند که ژنوتیپ متحمل به سرمای یونجه، محتوای نشاسته بیشتری در ابتدای تیمار سرما داشت و متعاقب آن محتوای بیشتری از رافینوز و استاکیوز پس از سازگاری به سرما و حذف سازگاری به سرما مشاهده شد. در این فرایند ابتدا نشاسته به مالتوز هیدرولیز می‌شود و در ادامه مالتوز به ساکاروز و سپس ساکاروز، رافینوز و استاکیوز را تولید می‌کند. مشابه این فرایند در آرابیدوپسیس نیز مشاهده شد (Kaplan et al., 2006). 

تحقیقات نشان داد که دامنه دمایی 24 تا 32 درجه سانتی‌گراد، مقدار کل ماده قابل هضم را افزایش و مقدار مجموع کربوهیدرات‌های غیرساختمانی را کاهش می‌دهد، ولی در شرایط سردتر ذخیره این مواد افزایش پیدا می‌کند. همچنین، مقدار انباشت پتاسیم، فسفر و کلسیم در شرایط سردتر (18-10 درجه سانتی‌گراد) بیش از مقدار آن در شرایط گرم‌تر (35-18 درجه سانتی‌گراد) است (Casler, 2001). در مطالعه انجام‌شده توسط Moriyama و همکاران (2003) نشان داده شده است که میزان تجمع کربوهیدرات‌های محلول در گندمیان مناطق معتدله می‌تواند به‌عنوان منبع انرژی در دماهای پایین برای گیاه محسوب ‌شود. در گراس‌ها (Tronsmo, 1993) و غلات (Gaudet et al., 2002) نیز بین کربوهیدرات‌های محلول و تحمل تنش سرما و یخبندان ارتباط دیده شد.

یکی از چالش‌های مهم در کشور ایران، کمبود علوفه مورد نیاز احشام است. افزایش سطح زیر کشت، افزایش عملکرد در واحد سطح و معرفی ارقام پُرمحصول گونه‌های شبدر از راهکارهای مناسب برای افزایش تولید علوفه است. باتوجه‌به اینکه در حال حاضر در ایران فقط دو گونه شبدر ایرانی و شبدر برسیم کشت می‌شود و با عنایت به شرایط متنوع آب‌و‌هوایی در کشور می‌توان گفت امکان کشت گونه‌های جدید شبدر مانند شبدر قرمز و لاکی وجود دارد. توسعه کشت گونه‌های مختلف شبدر امکان مواجه با تنش سرما و یخ‌زدگی را بالا می‌برد. این پژوهش با هدف شناخت صفات ریخت‌شناسی ریشه در کنار صفات فیزیولوژیک مانند غلظت کربوهیدرات‌های ریشه و طوقه و ارتباط این صفات با تحمل به تنش سرما (کشت‌های تأخیری) و سرعت رشد مجدد بهاره در گونه‌های مختلف شبدر (به‌ویژه در مورد ارقام بومی گونه شبدر ایرانی که منشأ آن کشور ایران است) انجام شده است. این بررسی می‌تواند امکان انتخاب ژنوتیپ‌های متحمل به سرما و انتخاب بهترین تاریخ کاشت را در نقاطی که دارای تنش‌های سرما و یخ‌زدگی است، فراهم کند. همچنین، ارتباط بین گروه‌های رسیدگی (زودرس و دیررس) با میزان کربوهیدرات‌های محلول و تحمل به سرما در ژنوتیپ‌های شبدر بررسی شده است.

 

مواد و روش‌ها

این پژوهش در مزرعه تحقیقاتی مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج (طول جغرافیایی 51 درجه و6 دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی 35 درجه و 59 دقیقه شمالی و ارتفاع 1321 متری از سطح دریا)، ایران، طی دو سال زراعی 90-1389 و 91-1390 اجرا شد. منطقه کرج دارای آب‌و‌هوای سرد و نیمه‌سرد خشک با متوسط دمای سالانه 97/14 درجه سانتیگراد است. بیشینه درجه حرارت مربوط به ماه‌های تیر و مرداد و کمینه درجه حرارت مربوط به دی‌ماه است. بر اساس میانگین دو ساله بیشترین تعداد روزهای یخبندان مربوط به ماه ‌دی (میانگین 5/19 روز) است. متوسط بارندگی 30 ساله منطقه کرج 240 میلی‌متر گزارش شده است. عمده بارندگی‌ها در اواخر پاییز و اوایل بهار انجام شده، کمترین بارندگی در ماه‌های تیر و مرداد و بیشترین بارندگی در ماه‌های فروردین و آبان صورت گرفته است. شکل (1) دماهای کمینه، بیشینه و میزان بارش را به‌صورت روزانه طی فصل رشد نشان می‌دهد. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش در جدول (1) آمده است (Iran Meteorological Organization).  تعداد روزهای یخبندان طی دو فصل زراعی در جدول (2) آورده شده است.

 

B

 

شکل 1- دماهای کمینه و بیشینه (سانتی گراد) و بارش روزانه (میلی متر) سال اول (A) و سال دوم (B)

Figure 1. Daily maximum and minimum air temperatures (°C), and precipitation (mm) recorded during the first (A) and second year (B)

 

 

جدول 1- ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش

Table 1- physico-chemical properties of the soil of the experimental field

پتاسیم قابل استفاده

فسفر قابل استفاده

 

نیتروژن کل

ماده آلی

 

اسیدیته

 

شوری

بافت

عمق

قسمت در میلیون

 

درصد

 

 

 

ds m-1

 

 

1/163

7/18

 

1/0

92/0

 

1/8

 

52/3

لومی

0-20

2/155

24

 

09/0

96/0

 

16/8

 

45/2

لومی

20-40

 

 

 

جدول 2- آمار هواشناسی در ماه‌های رشد گونه‌های شبدر در منطقه کرج (90-1389 و 91-1390)

Table 2- Meteorological statistics in the months of clover species growth in Karaj region (2010-2011 and 2011-2012)

 

ماه

سال

تعداد

روزهای آفتابی

تعداد

روزهای یخبندان

ماه

سال

تعداد

روزهای آفتابی

تعداد

روزهای یخبندان

شهریور

90-1389

31

0

اسفند

90-1389

25

12

91-1390

31

0

 

91-1390

27

17

مهر

90-1389

30

0

فروردین

90-1389

29

2

91-1390

30

0

 

91-1390

30

0

آبان

0 -1389

28

0

اردیبهشت

90-1389

29

0

91-1390

23

4

 

91-1390

30

0

آذر

0 -1389

30

3

خرداد

90-1389

31

0

91-1390

29

20

 

91-1390

31

0

دی

90-1389

26

24

تیر

90-1389

31

0

91-1390

26

15

 

91-1390

31

0

بهمن

90-1389

28

21

مرداد

90-1389

31

0

91-1390

28

17

 

91-1390

31

0

 

 

برای اجرای این پژوهش، هر ساله قطعه زمین یکنواخت به مساحت حدود 1500 متر مربع که در سال قبل به‌صورت آیش بود، انتخاب گردید. در مرحله اول حدود 50 کیلوگرم کود سوپر فسفات تریپل و 40 کیلوگرم کود نیتروژن (کود استارتر) با کودپاش در سطح زمین پخش و سپس توسط فاروئر اقدام به احداث جوی و پشته‌ها با فاصله بین خطوط50 سانتی‌متر گردید. پس از آماده نمودن زمین آزمایش و ایجاد جوی و پشته‌ها کاشت به‌طریق خشکه‌کاری انجام گرفت. میزان بذر مصرفی در هکتار بر مبنای 20 کیلوگرم در هکتار برای شبدر ایرانی و شبدر قرمز و 25 کیلوگرم در هکتار برای شبدر برسیم و شبدر لاکی محاسبه شد. تاریخ نخستین آبیاری به‌عنوان تاریخ کاشت محسوب شد (Zmanian and Yamada, 2017). برای اندازه‌گیری کربوهیدرات‌های محلول در ریشه، نمونه‌برداری از پلات‌ها در زمستان هنگام رکود رشد بوته‌ها، شروع رشد. مجدد در اسفند، قبل و10-7 روز پس از چین‌برداری علوفه (شامل ریشه و 5 سانتی‌متری بالای ریشه) صورت گرفت. نمونه‌ها در آون با دمای 70 درجه سانتیگراد به‌مدت 48 ساعت خشک و پس از پودر کردن کربوهیدرات‌های محلول با استفاده از دستگاه طیف‌سنج مادون قرمز NIR مدل TRIM-FM-IMKO- 3 ساخت کشورفرانسه اندازه‌گیری شد (Sanada and Yamada, 2010).

آزمایش به‌صورت کرت‌های دوبار خرد شده در زمان انجام شد و در مورد صفاتی که تعداد رقم‌ها در چین‌ها یکسان نبود، آزمایش به‌صورت اسپلیت اسپلیت پلات در زمان آشیانه‌ای انجام شد. در پایان هر سال آزمایش، روی داده‏ها تجزیه آماری ساده و در پایان دوره اجرای طرح، تجزیه واریانس مرکب به‌منظور بررسی اثر متقابل بین سال‌ها و ژنوتیپ (بر مبنای مدل تصادفی بودن اثر سال) انجام شد. مقایسه میانگین‏ها به روش دانکن در سطح احتمال 5% صورت گرفت. برای تعیین روابط بین صفات و تفسیر نتایج، روابط همبستگی بین صفات محاسبه شد. آنالیزهای آماری توسط نرم‌افزار SAS انجام شد.

 

 

 

جدول 3- اسامی و مشخصات رقم‌های شبدر مورد بررسی

Table 3- The name and origin of clover genotypes studied

شماره

نام ژنوتیپ

نام علمی

نام رقم

منشأ

1

شبدر ایرانی (دیررس )

Trifolium resupinatum L.

KPC-PL/5

ایران

2

شبدر ایرانی (متوسط رس)

Trifolium resupinatum L.

KPC-PM/3

ایران

3

شبدر ایرانی (زودرس)

Trifolium resupinatum L.

KPC-PE/5

ایران

4

شبدر ایرانی (یک چین)

Trifolium resupinatum L.

KPC-OC

ایران

5

شبدر ایرانی (لاین 13)

Trifolium resupinatum L.

KPC-L/13

ایران

6

شبدر ایرانی (لاین 7)

Trifolium resupinatum L.

KPC-L/7

ایران

7

شبدر ایرانی (توده)

Trifolium resupinatum L.

KPC-PCh/Egh

ایران

8

شبدر برسیم (تولیدی کرج)

Trifolium alexsandrinum L.

KBC-Toli.K

ایتالیا

9

شبدر قرمز (نسیم)

Trifolium pratense L.

KRC-Nassim

فائو

10

شبدر لاکی (البرز1)

Trifolium incarnatum L.

KCC-Alborz1

فائو

 

 

نتایج و بحث

ویژگی‌های ریخت‌شناختی ریشه

نتایج تجزیه واریانس نشان داد که بین تاریخ‌های کاشت و رقم‌ها از نظر طول ریشه، وزن تر ریشه، وزن خشک ریشه، نسبت ریشه به اندام هوایی، قطر طوقه، وزن تر طوقه و وزن خشک طوقه تفاوت معنی‌داری وجود دارد (جدول 4). نتایج مقایسه میانگین نشان داد که در تاریخ کاشت اول شبدر ایرانی (لاین 13) و در تاریخ‌های کاشت دوم و سوم شبدر ایرانی (یک‌چین) بیشترین طول ریشه و وزن خشک ریشه را نشان دادند. در تاریخ کاشت اول، شبدر ایرانی (متوسط‌ رس) بالاترین قطر طوقه را نشان داد، درحالی‌که در تاریخ‌های کاشت دوم و سوم، شبدر ایرانی (دیر رس) بیشترین قطر طوقه را نشان داد. تأخیر در تاریخ کاشت از تاریخ کاشت اول تا سوم موجب کاهش 43 درصدی در وزن خشک و تر طوقه شد. شبدر ایرانی (یک‌چین) از نظر وزن تر و خشک طوقه در هر سه تاریخ کاشت در گروه اول آماری قرار گرفت. بالاترین نسبت ریشه به شاخساره در تاریخ‌های کاشت اول و دوم متعلق بود به شبدر قرمز و در تاریخ کاشت سوم، شبدر ایرانی (زود رس) بالاترین میزان را نشان داد (جدول 5). با تأخیر در کاشت، طول ریشه، وزن تر ریشه، وزن خشک ریشه و قطر طوقه در ژنوتیپ‌های شبدر کاهش یافت. نسبت ریشه به اندام هوایی فقط با تأخیر در کاشت از تاریخ کاشت اول به دوم در تمام ژنوتیپ‌ها افزایش داشت (p<0.01) و با تأخیر بیشتر به تاریخ کاشت سوم کاهش اندک و غیر معنی‌دار نشان داد. درجه مقاومت به سرما به شرایط مورفوفیزیولوژیک گیاه در زمستان بستگی دارد. اندام‌ها و بافت‌های مختلف از نظر مقاومت به تنش سرما و یخبندان نسبت به هم متفاوت هستند. در این ارتباط بیان شده است که گزینش برای بهبود بنیه ریشه‌های نخستین صفتی مهم برای افزایش تحمل سرما است (Imran et al., 2013). همچنین Kerstin و همکاران (2009) بیان داشتند که حجم ریشه معیار مهم انتخابی برای تحمل به سرما است و تأکید کردند که در گزینش برای بهبود تحمل به سرما از والدینی استفاده شود که حجم ریشه بیشتری دارند. شدت مقاومت به تنش سرما با جذب عنصرهای غذایی خاک و افزایش غلظت کربوهیدرات‌های بافت ریشه مرتبط است (Solfjeld and Johnsen, 2006). طول ریشه را می‌توان پرکاربردترین ویژگی ریشه دانست، زیرا طول ریشه در واحد حجم خاک بهترین ویژگی برای محاسبه جذب آب توسط گیاه است (Eshghizadeh et al., 2011). با تأخیر در تاریخ کاشت به‌علت کوتاه شدن دوره رشدی با دمای مناسب و مواجه سریعتر با سرما، سیستم ریشه‌ای فرصت کمتری برای افزایش وزن و طول خود دارد. تمامی صفات ریخت‌شناسی ریشه تحت تأثیر تأخیر در تاریخ کاشت قرار گرفتند. دراین‌میان، نسبت ریشه به اندام هوایی به‌ویژه با تأخیر در کاشت از تاریخ کاشت اول به دوم افزایش معنی‌داری نشان داد. با تأخیر در کاشت از تاریخ کاشت اول به دوم، رشد شاخساره نسبت به ریشه بیشتر تحت تأثیر تغییر شرایط محیطی قرار گرفته است و در نهایت نسبت ریشه به شاخساره افزایش یافته است. تخصیص بیشتر مواد نورساختی در مراحل نخستین رشد به سمت ریشه نسبت به اندام‌های هوایی عاملی شناخته‌شده برای تحمل به سرما است (Imran et al., 2013). اندام‌های مختلف گیاهی واکنش متفاوتی به دمای کم دارند. کاهش رشد ریشه در اثر کاهش دما، خود سبب کم‌شدن ظرفیت جذب آب و مواد معدنی توسط ریشه و به‌دنبال آن ظهور آثار ثانویة ناشی از کمبود مواد غذایی و اختلال در رشد گیاه می‌شود (Zmanian and Yamada, 2017). صفاتی مانند تعداد برگ در بوته در مرحلة روزت، وزن خشک و تر طوقه، مقدار آب نسبی طوقه و بقای زمستانه LT50 (دمایی که موجب از بین رفتن 50 % گیاه می‌شود) به‌عنوان شاخص‌های تحمل به تنش سرما در نظر گرفته شده است (Asghari et al., 2008).

بین طول ریشه با وزن خشک ریشه (r=0.92) (p<0.01) و بین وزن خشک ریشه با وزن خشک طوقه (r=0.83) (p<0.01) همبستگی مثبت و معنی‌داری مشاهده شد؛ این‌در‌حالی است که بین نسبت ریشه به شاخساره با طول ریشه (r=-0.58) (p<0.01)، وزن تر ریشه (r=-0.71) (p<0.01)، وزن خشک ریشه (r=-0.59) (p<0.01)، قطر طوقه (r=-0.81) (p<0.01)، وزن تر طوقه (r=-0.59) (p<0.01) و وزن خشک طوقه (r=-0.41) (p<0.01) همبستگی منفی وجود داشت و هرچه نسبت ریشه به شاخساره زیاد شد، از طول ریشه، وزن تر و خشک ریشه، قطر طوقه و وزن تر و خشک طوقه کم شد.

 

 

جدول4- تجزیه واریانس میانگین مربعات تحت تأثیر تاریخ کاشت و رقم بر ویژگی‌های ریخت‌شناختی ریشه ارقام شبدر

Table 4- analysis of variance (mean squares) for root morphological characteristics of clover cultivars and planting date over seasons

 

 

میانگین مربعات

منابع تغییرات

درجه آزادی

طول ریشه

وزن تر ریشه

وزن خشک ریشه

نسبت ریشه به اندام هوایی

قطر طوقه

وزن تر طوقه

وزن خشک طوقه

تکرار

3

94/4

39/0

04/0**

37/15ns

15/0ns

02/0ns

01/0ns

تاریخ کاشت

2

69/1426**

05/72**

31/5**

10/2098**

95/59**

59/9**

20/7**

خطای الف

6

61/2

68/0

03/0

21/2

06/0

01/0

02/0

رقم

9

77/4*

63/2**

02/0**

03/112**

33/1**

06/0**

03/0**

تاریخ کاشت × رقم

18

32/4**

93/0**

03/0**

07/65**

33/0**

01/0ns

01/0ns

خطای ب

81

92/1

32/0

01/0

55/18

13/0

02/0

01/0

درصد ضریب تغییرات

 

03/16

61/17

09/5

44/7

96/19

07/8

77/4

ns، * و **: به‌ترتیب غیر معنی‌دار، معنی‌دار در سطح احتمال خطای 5 و 1 درصد

ns, * and **: non-significant, significant at the 0.05 probability levels, significant at the 0.01 probability levels, respectively

 

 

غلظت قندهای محلول و نشاسته ریشه

نتایج تجزیه واریانس مرکب (جدول 6) نشان داد که اثر سال (به‌جز برای نشاسته)، تاریخ کاشت، رقم، رقم درون چین‌ها و اثر متقابل بین عامل‌ها برای غلظت قندهای محلول، گلوکز، فروکتوز و نشاسته در ریشه در سطح احتمال خطای یک درصد معنی‌دار بود. مقایسه تاریخ‌های کاشت نشان داد تأخیر در کاشت باعث کاهش 13 و 12درصدی کربوهیدرات‌های محلول ریشه به‌ترتیب در سال اول و دوم شد (p<0.01). همچنین غلظت قندهای محلول در تمام تاریخ‌های کاشت در سال دوم بیشتر از سال اول بود. مقایسه رقم‌های شبدر نشان داد که میزان ذخیره کربوهیدرات‌های محلول ریشه متفاوت است و این میزان در سال دوم برتر از سال اول است. بین رقم‌ها، در هر سه تاریخ کاشت شبدر قرمز و شبدر ایرانی (دیر رس و متوسط رس) از غلظت کربوهیدرات محلول بالاتری در ریشه برخوردار بودند، ولی رقم‌های شبدر ایرانی (یک‌چین) و شبدر لاکی به‌علت زود رسی کمترین غلظت قند محلول در ریشه را دارا بودند (جدول 7). علاوه‌براین مشخص شد که یکی از دلایل یک‌چین بودن این رقم‌ها، غلظت پایین کربوهیدرات محلول در ریشه است. نتایج نشان داد که فرم اصلی ذخیره قندها در ریشه ژنوتیپ‌های مختلف شبدر بیشتر به شکل فروکتوز بود. میزان فروکتوز در همه تاریخ‌های کاشت در سال دوم برتر از سال اول است. تأخیر در کاشت موجب کاهش 18 و 28 درصدی در فروکتوز به‌ترتیب در سال اول و دوم شد (p<0.01). از بین رقم‌های شبدر، شبدر ایرانی (دیر رس) و شبدر قرمز بیشترین غلظت فروکتوز را نشان دادند و شبدر ایرانی (یک‌چین) و شبدر قرمز به‌علت زود رسی از غلظت فروکتوز کمتری نسبت به سایر رقم‌ها برخورداربودند. تأخیر در کاشت، کاهش 19 و 20 درصدی در فروکتوز را به‌ترتیب در سال اول و دوم به دنبال داشت (p<0.01). همچنین در تمامی تاریخ‌های کاشت، میزان گلوکز در سال اول کمتر از سال دوم است. از بین رقم‌های شبدر، شبدر ایرانی (دیر رس) و شبدر قرمز دارای بیشترین غلظت گلوکز بودند. این‌در‌حالی است که در رقم‌های شبدر ایرانی (یک‌چین) و شبدر لاکی کمترین غلظت گلوکز مشاهده شد. این نتایج نشان می‌دهد که دیر رسی باعث افزایش گلوکز و
زود رسی باعث کاهش گلوکز می‌گردد.

برخلاف کربوهیدرات‌های محلول، ذخیره نشاسته در تاریخ‌های مختلف کاشت و رقم‌ها در سال اول بیشتر از سال دوم بود. در سال اول درصد ذخیره نشاسته بیشتر از کربوهیدرات‌های محلول است، ولی در سال دوم میزان نشاسته کمتر از کربوهیدرات‌های محلول است. داده‌های هواشناسی نشان داد که در ماه آبان سال اول و دوم، تعداد روزهای یخبندان به‌ترتیب صفر و چهار روز بود. همچنین، تعداد روزهای یخبندان در ماه آذر سال اول و دوم به‌ترتیب 3 و 20 روز بود (شکل 1) (جدول 2). به‌علت تعداد بیشتر روزهای یخبندان در آبان و آذر سال دوم آزمایش، گیاه برای مقابله با سرما میزان نشاسته بیشتری را به کربوهیدرات محلول تبدیل و با افزایش فشار اسمزی داخل سلول میزان تحمل به سرمای گیاه افزایش یافت.

تأخیر در کاشت باعث کاهش 11 و 7 درصدی در غلظت نشاسته به‌ترتیب در سال اول و دوم آزمایش شد. مقایسه ذخیره نشاسته در رقم‌ها در سال‌های آزمایش نشان داد که بین رقم‌ها تفاوت وجود دارد و این تفاوت در سال اول بیشتر از سال دوم است. رقم‌های دیر رس مانند شبدر ایرانی
(دیر رس) و شبدر قرمز دارای بیشترین غلظت نشاسته در ریشه بودند و شبدر لاکی و شبدر ایرانی (یک‌چین) کمترین غلظت را نشان دادند (جدول 7).

نتایج نشان داد که رقم‌هایی که در پاییز دارای رشد رویشی بیشتری هستند (شبدر ایرانی یک‌چین، شبدر برسیم تولیدی کرج و شبدر لاکی البرز 1) نسبت به رقم‌هایی که رشد رویشی کمتری دارند، درصد قندهای محلول و نشاسته ریشه آنها کمتر است و این بیانگر اختصاص بیشتر مواد فتوسنتزی به شاخساره در این رقم‌هاست. همچنین، تأخیر در کاشت باعث کاهش درصد قندهای محلول و نشاسته در ریشه و حساسیت رقم‌های شبدر به سرما می‌شود. در رقم‌هایی که رشد مجدد آنها در اواخر زمستان سریع‌تر شروع می‌شود (شبدر ایرانی یک‌چین و شبدر لاکی) درصد قندهای محلول و نشاسته در آنها به‌علت مصرف بیشتر کمتر است. در کشت‌های تأخیری به‌ویژه در تاریخ کاشت سوم تأثیر کاهش مواد قندی بر میزان رشد مجدد رقم‌ها بیشتر دیده می‌شود. نتایج نشان داد که درصد قندهای محلول و نشاسته ریشه در رقم‌های دیر رس (شبدر ایرانی دیر رس و شبدر قرمز) بیشتر از سایر رقم‌هاست، از جمله دلایل آن می‌تواند رشد رویشی طولانی و دیر رس آنها باشد که همین مسئله باعث تولید بیشتر مواد فتوسنتزی و ذخیره آنها در ریشه می‌گردد. از بین گروه‌های رسیدگی شبدر ایرانی گروه دیر رس دارای درصد قندهای محلول و نشاسته بیشتری نسبت به گروه‌های متوسط رس و زود رس است. تجمع نشاسته به‌عنوان یک مقصد برای کربن حاصل از فتوسنتز جاری است که مازاد بر نیاز رشد می‌باشد. ذخایر نشاسته دارای دو کارکرد در طول زمستان هستند. نخست اینکه آنها به‌عنوان ذخایر کربوهیدرات برای تولید انرژی مورد نیاز متابولیسم پایه در شرایطی هستند که میزان فتوسنتز پایین است و دوم اینکه تجزیه آنها تأمین‌کننده ساکاروز و سایر قندها برای افزایش پتانسیل اسمزی و کاهش نقطه انجماد سلول هستند. تجمع ساکاروز دلالت بر واکنش‌های افزایش تحمل به سرما دارد (Turner and Pollock, 1998). این قندها علاوه‌بر‌اینکه به‌عنوان اسموپروتکتانت عمل می‌کنند، غشاهای سلولی را نیز از صدمات ناشی از تنش یخ‌زدگی محافظت می‌کنند و این کار را از طریق برهم‌کنش با غشاهای دولایه و همچنین، عمل‌کردن به‌عنوان ناقلین پیام تنش انجام می‌دهند (John et al., 2017; Jan et al., 2018). این یافته‌ها با نتایج Ball و همکاران (2002) و Shahba و همکاران (2003)که معتقدند سطوح بالای کربوهیدرات‌های غیرساختمانی در زمستان باعث افزایش بقا و حیات گیاهان علوفه‌ای در دماهای پایین می‌شود و Fry و Huang (2004)که اعلام کردند میزان رشد مجدد بهاره پس از خواب زمستانه به میزان کافی کربوهیدرات‌های غیرساختمانی بستگی دارد، هماهنگ بود. همچنین، Moriyama و همکاران (2003) بیان کردند که میزان تجمع کربوهیدرات‌های محلول در گندمیان معتدله به‌عنوان یک منبع انرژی در دماهای پایین برای گیاه است.

 

 

 

 

جدول 5- مقایسه میانگین برهم‌کنش تاریخ کاشت و رقم بر صفات ریشه ارقام شبدر

Table 5- planting date × cultivar interaction on root morphological characteristics of clover cultivars

 

طول ریشه (سانتی‌متر)

وزن تر ریشه (گرم)

وزن خشک ریشه (گرم)

رقم‌ها

تاریخ

کاشت اول

تاریخ

کاشت دوم

تاریخ

کاشت سوم

تاریخ

کاشت اول

تاریخ

کاشت دوم

تاریخ

کاشت سوم

تاریخ

کاشت اول

تاریخ

کاشت دوم

تاریخ

کاشت سوم

شبدر ایرانی
(دیر رس)

85/15ab

03/9efg

68/3ij

93/4b

03/3c-f

49/2d-h

15/2bc

85/1ef

46/1g

شبدر ایرانی
(متوسط ‌رس)

83/13bc

10/8fgh

55/2ij

85/4b

43/2e-h

90/1gh

25/2b

77/1f

43/1g

شبدر ایرانی
 (زود رس)

25/15ab

53/7gh

30/2ij

05/5ab

58/2d-g

99/1gh

16/2bc

79/1f

46/1g

شبدر ایرانی (یک‌چین)

15/14abc

93/10de

38/4i

80/3c

15/3d-e

59/2d-g

05/2cd

86/1ef

52/1g

شبدر ایرانی
(لاین 13)

18/16a

75/7gh

28/2ij

85/5a

44/2e-h

89/1gh

43/2a

75/1f

40/1g

شبدر ایرانی (لاین 7)

35/15ab

95/7fgh

40/2ij

28/5ab

51/2d-h

00/2gh

25/2b

77/1f

41/1g

شبدر ایرانی (توده)

95/14abc

43/8fgh

73/2ij

00/5ab

80/2d-g

27/2e-h

25/2b

85/1ef

48/1g

شبدر برسیم (تولیدی کرج)

75/12cd

09/10ef

20/3ij

40/5ab

93/3c

11/3cde

10/2bcd

81/1f

47/1g

شبدر قرمز (نسیم)

93/14abc

55/6h

55/1j

73/3c

10/2fgh

59/1h

10/2bcd

75/1f

40/1g

شبدر لاکی (البرز 1)

85/13bc

23/8fgh

63/2ij

40/3cd

45/2e-h

90/1gh

98/1de

75/1f

40/1g

میانگین

70/14a

45/8b

77/2c

72/4a

74/2b

17/2c

17/2a

79/1b

44/1c

میانگین‌هایی که در هر ستون، حداقل دارای یک حرف مشترک هستند، در سطح احتمال 5 درصد تفاوت معنی‌دار ندارند.

Means within a column followed by the same letter are not significantly different at the level of 5%.

ادامه جدول 5

Continuation of Table 5

 

 

نسبت ریشه به اندام هوایی

قطر طوقه (میلی‌متر)

وزن تر طوقه (گرم)

وزن خشک طوقه (گرم)

 

رقم‌ها

تاریخ

کاشت

 اول

تاریخ

کاشت

 دوم

تاریخ کاشت سوم

تاریخ

کاشت

 اول

تاریخ

کاشت

 دوم

تاریخ

کاشت

 سوم

تاریخ

کاشت

 اول

تاریخ

کاشت

 دوم

تاریخ

کاشت

 سوم

تاریخ

کاشت

 اول

تاریخ

کاشت

 دوم

تاریخ

کاشت

 سوم

 

شبدر ایرانی (دیر رس)

80/48cd

59/61b

12/58b

05/3b

72/1cd

91/0fgh

13/2bcd

89/1ef

31/1g

80/1a-e

71/1b-f

98/0ghi

 

شبدر ایرانی (متوسط‌رس)

24/41e

84/61ab

85/60b

86/3a

47/1c-f

80/0gh

30/2ab

80/1f

22/1g

86/1ab

71/1b-f

99/0ghi

 

شبدر ایرانی (زود رس)

61/46cde

71/64ab

18/64ab

42/3ab

35/1d-g

76/0gh

20/2abc

80/1f

22/1g

83/1a-d

68/1c-f

01/1ghi

 

شبدر ایرانی (یک‌چین)

06/49cd

10/62ab

70/60b

23/3b

72/1cd

88/0gh

40/2a

93/1def

35/1g

81/1a-e

71/1b-f

10/1g

 

شبدر ایرانی (لاین 13)

67/50c

25/61b

88/60b

32/3ab

52/1cde

77/0gh

35/2ab

81/1f

22/1g

90/1a

71/1b-f

03/1ghi

 

شبدر ایرانی (لاین 7)

05/47cde

76/62ab

21/61b

60/3ab

61/1cd

82/0gh

18/2abc

86/1ef

27/1g

79/1a-e

70/1b-f

05/1ghi

 

شبدر ایرانی (توده)

77/49cd

76/63ab

82/60b

36/3ab

69/1cd

87/0gh

23/2abc

89/1ef

31/1g

85/1abc

73/1b-f

09/1gh

شبدر برسیم (تولیدی کرج)

28/43de

65/62ab

33/61b

51/3ab

53/1cde

78/0gh

30/2ab

86/1ef

30/1g

75/1a-f

72/1b-f

06/1ghi

 

شبدر قرمز (نسیم)

02/69a

90/64ab

81/63b

99/1c

93/0fgh

49/0h

04/2cde

76/1f

17/1g

60/1f

67/1def

93/0hi

 

شبدر لاکی (البرز 1)

16/50cd

43/62ab

89/60b

05/2c

01/1e-h

51/0h

13/2bcd

73/1f

15/1g

71/1b-f

65/1ef

90/0i

 

میانگین

56/49c

79/62a

27/61ab

13/3a

45/1b

76/0c

22/2a

83/1b

25/1c

79/1a

69/1b

01/1c

                             

میانگین‌هایی که در هر ستون، حداقل دارای یک حرف مشترک هستند، در سطح احتمال 5 درصد تفاوت معنی‌دار ندارند.

Means within a column followed by the same letter are not significantly different at the level of 5%.

 

جدول 6- تجزیه واریانس مرکب میانگین مربعات قندهای محلول و نشاسته ریشه در رقم‌های شبدر تحت تأثیر تاریخ کاشت، رقم و سال

Table 6- analysis of variance (mean squares) for root soluble carbohydrate and starch of clover cultivars and planting date over seasons

 

 

میانگین مربعات

منبع تغییرات

درجه آزادی

قندهای محلول

فروکتوز

گلوکز

نشاسته

سال

1

62/1012**

13/594**

96/18**

28/1ns

سال (تکرار)

6

87/1

35/18

186/0

308/0

تاریخ کاشت

2

78/274**

55/396**

05/14**

44/42**

سال × تاریخ کاشت

2

31/2ns

21/43ns

259/0ns

23/8*

سال × تاریخ کاشت (تکرار)

12

91/4

98/15

232/0

51/1

رقم

9

46/102**

44/167**

95/5**

45/31**

سال × رقم

9

56/18**

90/30**

966/0**

94/3**

تاریخ کاشت × رقم

18

79/11**

34/23**

715/0**

05/3**

سال × تاریخ کاشت × رقم

18

67/1ns

90/8ns

088/0ns

297/0ns

سال × تاریخ کاشت × رقم (تکرار)

162

03/1

78/8

056/0

480/0

رقم (چین)

48

20/15**

74/30**

852/0**

25/4**

سال × چین

6

46/424**

44/376**

43/19**

76/102**

تاریخ کاشت × چین

12

40/59**

53/112**

64/3**

65/23**

سال × تاریخ کاشت × چین

12

64/8**

20/33**

396/0**

84/4**

سال × رقم (چین)

48

51/8**

30/18**

459/0**

972/0**

تاریخ کاشت × رقم (چین)

96

26/5**

49/12ns

193/0**

44/1**

سال × تاریخ کاشت × رقم (چین)

96

24/2**

28/10ns

144/0**

710/0**

خطا

972

22/1

80/10

069/0

471/0

درصد ضریب تغییرات

 

00/9

29/35

87/13

32/10

ns، * و **: به‌ترتیب غیر معنی‌دار، معنی‌دار در سطح احتمال خطای 5 و 1 درصد

ns, * and **: non-significant, significant at the 0.05 probability levels and significant at the 0.01 probability levels, respectively

جدول 7- مقایسه میانگین تأثیر سطوح تاریخ کاشت در رقم بر قندهای محلول و نشاسته ریشه

Table 7- planting date × cultivar interaction on root soluble carbohydrate and starch

 

قندهای محلول (درصد)

 

                         سال اول

 

سال دوم

رقم

تاریخ کاشت اول

تاریخ کاشت دوم

تاریخ کاشت سوم

تاریخ کاشت اول

تاریخ

کاشت دوم

تاریخ

کاشت سوم

شبدر ایرانی (دیر رس)

81/12b

72/12bc

62/10h

17/14abc

55/14ab

00/13efg

شبدر ایرانی (متوسط رس)

01/12cde

88/11de

47/10gh

63/13cde

67/13cd

40/12ghi

شبدر ایرانی (زود رس)

29/12b-e

58/12bcd

68/10gh

01/14a-d

92/13a-d

46/12gh

شبدر ایرانی (یک‌چین)

44/10gh

21/10h

43/9i

00/11l

94/10l

85/9mn

شبدر ایرانی (لاین 13)

44/12bcd

31/12b-e

27/10h

26/14abc

58/14a

34/12def

شبدر ایرانی (لاین 7)

31/12b-e

55/12bcd

62/10gh

24/14abc

49/14ab

75/12fg

شبدر ایرانی (توده)

06/12b-e

06/12b-e

61/10gh

33/14abc

84/13bcd

58/12gh

شبدر برسیم (تولیدی کرج)

09/11fg

09/12b-e

38/10gh

59/12gh

05/12hij

70/11jk

شبدر قرمز (نسیم)

12/14a

70/12bc

63/11ef

38/14ab

59/12gh

80/11ijk

شبدر لاکی (البرز 1)

19/10h

53/9i

49/9i

30/11kl

33/10m

49/9n

میانگین

97/11a

86/11a

42/10b

39/13a

09/13b

83/11c

 

فروکتوز(درصد)

 

                سال اول

 

سال دوم

رقم

تاریخ کاشت اول

تاریخ کاشت دوم

تاریخ کاشت سوم

تاریخ کاشت اول

تاریخ

کاشت دوم

تاریخ

کاشت سوم

شبدر ایرانی (دیر رس)

00/10abc

03/10abc

25/9b-f

49/11ab

46/11ab

45/9e

شبدر ایرانی (متوسط رس)

93/8b-g

15/11ab

29/7c-g

91/10bcd

35/10d

87/8ef

شبدر ایرانی (زود رس)

12/9b-f

32/12a

22/7c-g

20/11abc

43/10cd

81/8ef

شبدر ایرانی (یک‌چین)

53/7c-g

22/7c-g

97/5g

11/8fg

55/7gh

23/6i

شبدر ایرانی (لاین 13)

36/9b-e

51/9a-d

77/6d-g

32/11ab

57/11ab

87/8ef

شبدر ایرانی (لاین 7)

09/9b-f

51/9a-d

39/7c-g

78/11a

51/11ab

46/9e

شبدر ایرانی (توده)

11/9b-f

98/8b-f

23/7c-g

34/11ab

79/10bcd

08/9e

شبدر برسیم (تولیدی کرج)

01/8c-g

36/9b-e

52/7c-g

55/9e

81/8ef

84/8e

شبدر قرمز (نسیم)

53/11ab

14/10abc

89/8b-g

21/11abc

22/9e

73/8ef

شبدر لاکی (البرز 1)

24/7c-g

30/6fg

33/6efg

94/7g

96/6h

21/6ef

میانگین

99/8a

45/9a

38/7b

48/10a

86/9b

46/8c

 

گلوکز (درصد)

 

               سال اول

 

سال دوم

رقم

تاریخ کاشت اول

تاریخ کاشت دوم

تاریخ کاشت سوم

تاریخ کاشت اول

تاریخ کاشت دوم

تاریخ کاشت
سوم

شبدر ایرانی (دیر رس)

08/2bc

07/2bc

60/1ef

25/2b-f

30/2b-e

90/1g

شبدر ایرانی (متوسط رس)

89/1d

86/1d

56/1efg

20/2c-f

11/2f

79/1gh

شبدر ایرانی (زود رس)

93/1bcd

97/1bcd

53/1fg

22/2c-f

13/2ef

78/1gh

شبدر ایرانی (یک‌‌چین)

62/1ef

56/1efg

30/1i

63/1hi

49/1ij

30/1k

شبدر ایرانی (لاین 13)

97/1bcd

01/2bcd

47/1fgh

26/2b-f

30/2b-e

80/1g

شبدر ایرانی (لاین 7)

92/1cd

01/2bcd

53/1fg

37/2bc

33/2bcd

86/1g

شبدر ایرانی (توده)

92/1cd

90/1d

54/1fg

60/2a

19/2def

83/1g

شبدر برسیم (تولیدی کرج)

71/1e

98/1bcd

61/1ef

92/1g

81/1g

83/1g

شبدر قرمز (نسیم)

37/2a

09/2b

88/1d

42/2b

84/1g

84/1g

شبدر لاکی (البرز 1)

54/1fg

43/1ghi

36/1hi

53/1ij

44/1jk

29/1k

میانگین

89/1a

88/1a

53/1b

14/2a

99/1b

72/1c

 

نشاسته (درصد)

 

                سال اول

 

سال دوم

رقم

تاریخ کاشت اول

تاریخ کاشت دوم

تاریخ کاشت سوم

تاریخ کاشت اول

تاریخ کاشت دوم

تاریخ کاشت
 سوم

شبدر ایرانی (دیر رس)

36/7bc

25/7bcd

20/6ef

15/7abc

00/7a-d

63/6a-g

شبدر ایرانی (متوسط رس)

93/6d

97/6cd

04/6efg

16/7ab

04/7a-d

54/6d-h

شبدر ایرانی (زود رس)

89/6d

14/7cd

10/6efg

04/7a-d

86/6a-f

57/6c-g

شبدر ایرانی (یک‌چین)

40/6e

99/5efg

92/5fg

65/5jkl

51/5kl

61/5jkl

شبدر ایرانی (لاین 13)

01/7cd

03/7cd

94/5fg

98/6a-e

03/7a-d

34/6i-f

شبدر ایرانی (لاین 7)

07/7cd

07/7cd

15/6efg

17/7ab

06/7a-d

61/6b-g

شبدر ایرانی (توده)

86/6d

98/6cd

06/6efg

06/7a-d

03/7a-d

48/6d-h

شبدر برسیم (تولیدی کرج)

06/6efg

90/6d

99/5efg

92/5ijk

09/6g-j

00/6h-k

شبدر قرمز (نسیم)

89/7a

54/7ab

88/6d

20/7a

77/6a-f

42/6e-i

شبدر لاکی (البرز 1)

28/6ef

06/6efg

76/5g

10/6g-j

53/5kl

36/5l

میانگین

87/6a

89/6a

10/6b

73/6a

59/6a

25/6b

میانگین‌هایی که در هر ستون، حداقل دارای یک حرف مشترک هستند، در سطح احتمال 5 درصد تفاوت معنی‌دار ندارند.

Means within a column followed by the same letter are not significantly different at the level of 5%.

 

 

روند تغییرات قندهای محلول و نشاسته ریشه ارقام شبدر در مراحل مختلف رشدی

الگوی ذخیره و مصرف قندهای محلول،گلوکز و فروکتوز در ریشه در همه رقم‌ها دارای یک روند متناوب کاهشی-افزایشی است، یعنی با هر بار چین‌برداری کاهش و با رشد مجدد گیاه افزایش می‌یابد (شکل‌های 2- 5). شیب کاهش و افزایش منحنی ذخیره قند در رقم‌های شبدر متفاوت است. بیشترین میزان ذخیره قند پیش از چین اول مشاهده شد و با هر بار چین‌برداری میزان ذخیره نسبت به مرحله قبل کاهش یافت که در نهایت به‌علت عدم وجود میزان کافی قند در ریشه، گیاه توان رشد مجدد را از دست می‌دهد و دوره حیات آن به اتمام می‌رسد. همان‌طور‌که در شکل‌های 2 و 3 مشاهده می‌شود، شیب کاهش و افزایش منحنی ذخیره کربوهیدرات در رقم‌های زود رس ملایم‌تر از سایر رقم‌هاست. یکی از علل عدم رشد مجدد رقم‌های زود رس شبدر ایرانی (یک‌چین) و شبدر لاکی ذخیره پایین قند در ریشه آنها پس از چین اول است، به‌عبارت‌دیگر یکی از علل تولید علوفه بالای این رقم‌ها در چین اول مصرف کامل ذخیره کربوهیدرات‌های ریشه است، ولی در رقم‌های چندچین گیاه برای اینکه بتواند پس از هر بار چین‌برداری رشد مجدد داشته باشد، اقدام به تقسیط ذخیره کربوهیدرات‌های ریشه خود می‌کند که یک نوع سازگاری اکوفیزیولوژیک در آنها محسوب می‌شود (Zamanian and Yamada, 2017). شیب منحنی ذخیره قند بین دو مرحله رکود زمستانی و رشد مجدد می‌تواند بیانگر میزان خواب زمستانی رقم‌های شبدر باشد و رقم‌هایی که دارای خواب زمستانی بیشتری بودند، شیب منحنی ملایم‌تری نشان دادند. به‌عبارت‌دیگر از ذخیره قند موجود در ریشه کمتر استفاده شده است. شبدر قرمز، شبدر برسیم، شبدر ایرانی یک‌چین و شبدر لاکی از این الگو پیروی کردند. شیب منحنی ذخیره قند بین دو مرحله شروع رشد مجدد و پیش از چین اول می‌تواند بیانگر سرعت رشد مجدد رقم‌های شبدر باشد. در این مرحله شبدر برسیم و شبدر لاکی از شیب منحنی بیشتری برخوردار بودند. نکته مهم این است که چنانچه در مناطق کشت در این محدوده زمانی تنش سرما وجود داشته باشد از این رقم‌ها می‌توان استفاده نمود، زیرا با رشد سریع قادر به فرار از تنش هستند. روند کاهشی شدیدتر در منحنی ذخیره قند رقم‌های مورد بررسی پس از هر بار چین‌برداری، بیانگر تخلیه بیشتر مواد قندی ریشه برای رشد مجدد این رقم‌هاست و در رقم‌هایی که صعود منحنی شدیدتر است، میزان فتوسنتز بیشتر و ذخیره مواد قندی در ریشه سریع‌تر است. به‌طورکلی، در بین رقم‌های شبدر، شبدر قرمز به‌علت رشد بطئی و آهسته‌تر، روند کاهش و افزایش منحنی ذخیره قند ملایم‌تری نشان داد. همان‌طورکه در شکل‌های 2 تا 5 مشاهده می‌شود، پیش و پس از چین سوم منحنی ذخیره قند ریشه از الگوی زیگزاکی پیروی نمی‌کند که از علل آن می‌توان به رشد سریع گیاه در این زمان به‌علت مساعد بودن شرایط محیطی و گرم شدن هوا اشاره نمود که در نتیجه آن ریشه خیلی سریع از منبع به مقصد تبدیل می‌شود (Zamanian and Yamada, 2017).

نتایج این پژوهش نشان داد که درصد نشاسته ریشه در رقم‌های زود رس شبدر ایرانی یک‌چین و شبدر لاکی در تمام دوره رشد روند تقریباً کاهشی دارد (شکل 5) و این نشان می‌دهد که نشاسته مهمترین قند ذخیره‌ای در ریشه آنهاست و به‌طور دائم در حال تبدیل شدن به قندهای ساده است. البته این کاهش در شبدر ایرانی یک‌چین کمتر است و در نتیجه رشد ضعیفی پس از چین اول دارد. باتوجه‌به این نتیجه می‌توان پی برد که میزان ذخیره کربوهیدرات محلول و نشاسته می‌توانند یکی از عوامل مهم در گروه‌بندی شبدر ایرانی به یک، دو و چند چین باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2- روند تغییرات درصد قندهای محلول موجود در ریشه رقم‌های شبدر در مراحل مختلف رشدی در سال اول (A) و سال دوم (B).

Figure 2- trend of changes in the percentage of soluble carbohydrates in the roots of clover cultivars at different stages of growth in the first year (A) and second year (B).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 3- روند تغییرات درصد فروکتوز موجود در ریشه رقم‌های شبدر در مراحل مختلف رشدی در سال اول (A) و سال دوم (B).

Figure 3- trend of changes in the percentage of fructose in the roots of clover cultivars at different stages of growth in the first year (A) and second year (B).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 4- روند تغییرات درصد گلوکز موجود در ریشه ارقام شبدر در مراحل مختلف رشدی در سال اول (A) و سال دوم (B).

Figure 4- trend of changes in the percentage of glucose in the roots of clover cultivars at different stages of growth in the first year (A) and second year (B).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 5- روند تغییرات درصد نشاسته موجود در ریشه رقم‌های شبدر در مراحل مختلف رشدی در سال اول (A) و سال دوم (B).

Figure 3- trend of changes in the percentage of starch in the roots of clover cultivars at different stages of growth in the first year (A) and second year (B)

.

 

نتیجه‌گیری

تأخیر در کاشت به‌علت افزایش احتمال مواجه با تنش سرما بر خصوصیات ریخت‌شناسی و کربوهیدرات ریشه اثر منفی دارد و بنابراین، بررسی مسائل به‌زراعی از جمله تعیین دقیق تاریخ کاشت شبدر در مناطق مختلف کشور برای دستیابی به پتانسیل عملکرد علوفه ضروری است. برای زراعت شبدر در مناطقی که دارای محدودیت فصل کشت هستند، رقم‌های شبدر ایرانی توصیه می‌شود و بایستی از کشت شبدر قرمز خودداری گردد. همچنین، در مناطقی که با بحران آب و تولید علوفه تازه در ابتدای فصل بهار مواجه هستند، کاشت رقم‌های زود رس مثل شبدر ایرانی (یک‌چین) و شبدر لاکی پیشنهاد می‌شود. همچنین، در کشت‌های تأخیری در صورت لزوم کشت شبدر، فقط رقم‌های شبدر ایرانی توصیه می‌گردد.

Annicchiarico, P., Barrett, B., Brummer, E. C., Julier, B. and Marshall, A. H. (2015) Achievements and challenges in improving temperate perennial forage legumes. Critical Reviews in Plant Sciences 34: 327-380.
Asghari, A., Mohammadi, S. A., Moghaddam, M. and Shokuhian, A. A. (2008) Identification of SSR and RAPD markers associated with QTLs of winter survival and related traits in Brassica napuse L.. African Journal of Biotechnology 7(7): 897-903.
Ball. S., Qian, Y. L. and Stushnoffm, C. (2002) Soluble carbohydrates in two buffalograss cultivars with contrasting freezing tolerance. Journal of the American Society for Horticultural Science 127: 45-49.
Bertrand, A., Bipfubusa, M., Claessens, A., Rocher, S. and Castonguay, Y. (2017) Effect of photoperiod prior to cold acclimation on freezing tolerance and carbohydrate metabolism in alfalfa (Medicago sativa L.). Plant Science 264: 122-128.
Bertrand, A., Rocher, S., Claessens, A., Bipfubusa, M., Papadopoulos, Y. and Castonguay, Y. (2020) Biochemical and molecular responses during overwintering of red clover populations recurrently selected for improved freezing tolerance. Plant Science 292: 1-15.
Casler, M. D. (2001) Breeding forage crops for increased nutritional value. Advances in Agronomy 71: 51-107
Castonguay, Y., Nadeau, P., Lechasseur, P. and Chouinard, L. (1995) Differential accumulation of carbohydrates in alfalfa cultivars of contrasting winter hardiness. Crop Science 35: 509-516.
Castonguay, Y., Laberge, S., Brummer, E. C. and Volenec, J. J. (2006) Alfalfa winter hardiness: a research retrospective and integrated perspective. Advances in Agronomy 90: 203-265.
Dalmannsdóttir, S., Helgadóttir, Á. and Gudleifsson, B. E. (2001). Fatty acid and sugar content in white clover in relation to frost tolerance and ice-encasement tolerance. Annals of Botany 88: 753-759.
Eshghizadeh, H. R., Kafi, M. and Nezami, A. (2011) Effect of NaCl salinity on the pattern and rate of root development of blue panic grass (Panicum antidotale Retz.). Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture 2(5): 13-28 (in Persian).
Frankow-Lindberg, B. E. (2001) Adaptation to winter stress in nine white clover populations: changes in non-structural carbohydrates during exposure to simulated winter conditions and ‘spring’ regrowth potential. Annals of Botany 88: 745-751.
Fry, J. and Huang, B. (2004) Applied turfgrass science and physiology. John Wiley and Sons, Hoboken, NJ.
Gaudet, D., Laroche, A. and Yoshida, M., (2002) Low temperature-wheat-fungal interactions: a carbohydrate connection. Physiologia Plantarum 106(4): 437-444.
Goulas, E., Le Dily, F., Ozouf, J. and Ourry, A. (2003) Effects of a cold treatment of the root system on white clover (Trifolium repens L.) morphogenesis and nitrogen reserve accumulation. Journal of Plant Physiology 160: 893-902.
Guinchard, M. P., Robin, C., Grieu, P. and Guckert, A. (1997) Cold acclimation in white clover subjected to chilling and frost: changes in water and carbohydrates status. European Journal of Agronomy 6: 225-233.
Hincha, D. K., Zuther, E., Hellwege, E. M. and Heyer, A. G. (2002) Specific effects of fructo- and gluco-oligosaccharides in the preservation of liposomes during drying. Glycobiology 12: 103-110.
Kerstin, A. N., Kastenholz, B., Jahnke, S., Dusschoten, D. V., Aach, T., Muhlich, M., Truhn, D., Scharr, H., Terjung, S., Walter, A. and Schurr, U. (2009) Temperature responses of roots: impact on growth, root system architecture and implications for phenotyping. Functional Plant Biology 36: 947-959.
Imran, M., Mahmood, A., Romheld, V. and Neuman, G. (2013) Nutrient seed priming improves seedling development of maize exposed to low root zone temperatures during early growth. European Journal of Agronomy 49: 141-148.
stroza, L., Lobos, I., Acuña, h., Vásquez, C., Tapia, G. and Monzón, G. (2017) NIR-prediction of water-soluble carbohydrate in white clover and its genetic relationship with cold tolerance. Chilean Journal of Agricultural Research 77: 218-225.
Jan, N., Majeed, U., Andrabi, K. I. and John, R. (2018) Cold stress modulates osmolytes and antioxidant system in Calendula officinalis. Acta Physiologiae Plantarum 40: 1-16.
John, R., Raja, V., Ahmad, M., Jan, N., Majeed, U., Ahmad, S. and Kaul, T. (2017) Trehalose: metabolism and role in stress signalling in plants. In stress signaling in plants: genomics and proteomics perspective (Eds. Sarwat, M., Ahmad, A., Abdin, M. and Ibrahim, M.) 2: 261-275. Springer International Publishing, Berlin.
Kaplan, B., Davydov, O., Knight, H., Galon, Y., Knight, M. R., Fluhr, R. and Fromm, H. (2006) Rapid transcriptome changes induced by cytosolic Ca2+ transients reveal ABRE-related sequences as Ca2+-responsive cis elements in Arabidopsis. Plant Cell 18: 2733-2748.
Klotke, J., Kopka, J., Gatzke, N. and Heyer, A. G. (2004) Impact of soluble sugar concentrations on the acquisition of freezing tolerance in accessions of Arabidopsis thaliana with contrasting cold adaptation-evidence for a role of raffinose in cold acclimation. Plant, Cell and Environment 27: 1395-1404.
Lu, Y., Gehan, J. P. and Sharkey, T. D. (2005) Daylength and circadian effects on starch degradation and maltose metabolism. Plant Physiology 138: 2280-2291.
Iran Meterological Organization (2012) Retrieved from: http://www.irimo.ir On: 15 June 2012. Karaj Reports and Climatic Data (in Persian).
Moriyama, B., Abe, J. and Yoshida, M. (2003) Etiolated growth in relation to energy reserves and winter survival in three temperate grasses. Euphytica 129: 351-360.
Sanada, Y. T. and Yamada, T. (2010) Relationship between water-soluble carbohydrate in fall and spring and vigor of spring regrowth in orchardgrass. Crop Science 50: 380-390. 
Sandve, S. R., Kosmala, A., Rudi, H., Fjellheim, S., Rapacz, M., Yamada, T. and Rognli, O. A. (2011) Molecular mechanisms underlying frost tolerance in perennial grasses adapted to cold climates. Plant Science 180: 69-77.
Santarius, K. A. (1994) Apoplasmic water fractions and osmotic potentials at full turgidity of some Bryidae. Planta 193: 32-37.
Shahba, M. A., Qian, Y. L., Hughes, H. G., Koski, A. J. and Christensen, D. (2003) Relationships of soluble carbohydrates and freeze tolerance in saltgrass. Crop Science 43: 2148-2153.
Solfjeld, I. and Johnsen, O. (2006) The influence of root-zone temperature on growth of Betula pendula. Trees 20: 320-328.
Tronsmo, A. M. (1993) Resistance to winter stress factors in half-sib families of Dactylis glomerata, tested in a controlled environment. Acta Agriculturae Scandinavica 43: 89-96.
Turner, L. B. and Pollock, C. J. (1998) Changes in stolon carbohydrates during the winter in four varieties of white clover (Trifolium repens L.) with contrasting hardiness. Annals of Botany 81(1): 97-107.
Uemura, M. and Steponkus, P. L. (2003) Modification of the intracellular sugar content alters the incidence of freeze-induced membrane lesions of protoplasts isolated from Arabidopsis thaliana leaves. Plant, Cell and Environment 26:1083-1096.
Wani, M. A., Jan, N., Qazi, H. A., Andrabi, K. I. and John, R. (2018) Cold stress induces biochemical changes, fatty acid profile, antioxidant system and gene expression in Capsella bursa pastoris L.. Acta Physiologiae Plantarum 40:1-14.
Xu, H., Tong, Z., He, F. and Li, X. (2020) Response of alfalfa (Medicago sativa L.) to abrupt chilling as reflected by changes in freezing tolerance and soluble sugars. Agronomy 10: 1-15.
Zamanian, M. (2004) Berseem clover agronomy. Ministry of Agriculture- Jahad Press, Tehran (in Persian).
Zamanian, M. and Yamada, T. (2017) Selecting of clover germless in cold stress condition: a review. International Journal of Advanced Life Sciences 10: 393-407.