بررسی برخی مکانیسم های فیزیولوژیکی تحمل به گرما در دوره پر شدن دانه در گندم

به منظور بررسی مکانیسم های فیزیولوژیکی تضمین کننده عملکرد دانه در شرایط تنش گرما طی دوره پر شدن دانه، چهار آزمایش مختلف طی سال های 89 و 90 در مزرعه و فیتوترون دانشکده کشاورزی دانشگاه چمران اهواز طراحی و اجرا شد. در آزمایش اول ده ژنوتیپ گندم نان بهاره میان رس (چمران، فلات، افلاک، اترک، دز، کویر، s-78-11، داراب 2، پیشتاز و s-83-3) در دو تاریخ کاشت مناسب (22 آبان ماه) و تاخیری (اول دی ماه) در محیط مزرعه به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در سه تکرار کشت شدند. در آزمایش دوم که در همان سال به صورت گلدانی اجرا شد، ژنوتیپ های مذکور در سه تکرار در قالب طرح بلوک کامل تصادفی کشت شدند. 10 روز بعد از گرده افشانی هر ژنوتیپ، گلدان ها به دو فیتوترون مجزای بدون تنش (در طی 10 ساعت تاریکی 16درجه سانتیگراد و در طی ساعات روشنایی بمدت 4 ساعت 25درجه سانتیگراد و بمدت 5 ساعت قبل و بعد از آن 21 درجه سانتیگراد) و تنش گرما (در طی ساعات تاریکی 25درجه سانتیگراد و در طی ساعات روشنایی بمدت 4 ساعت 37 درجه سانتیگراد و قبل و بعد از آن 31درجه سانتیگراد) منتقل شدند و تا زمان رسیدگی در همین شرایط باقی ماندند. صفات مورد ارزیابی در هر دو آزمایش شامل عملکرد دانه و اجزای آن، مولفه های فلورسانس کلروفیل، محتوی نسبی کلروفیل، توانایی ذخیره سازی کربوهیدرات محلول در ساقه (وزن خشک، وزن مخصوص و طول ساقه، غلظت و محتوی کربوهیدرات محلول در ساقه)، انتقال مجدد ذخایر ساقه به دانه و روند رشد دانه بود که در آزمایش مزرعه ای علاوه بر صفات مذکور فتوسنتز و تبادلات گازی و محتوی آب نسبی نیز اندازه گیری شد. در تاریخ کاشت تاخیری متوسط حداکثر درجه حرارت طی دوره پر شدن دانه 7/32 درجه سانتیگراد بود و به طور میانگین درصد کاهش عملکرد دانه در واحد سطح 87/19 درصد بدست آمد. این کاهش در مقایسه با درصد کاهش عملکرد دانه سنبله اصلی (به طور میانگین 61/31 درصد) در شرایط تنش گرمای اعمال شده در فیتوترون با حداکثر درجه حرارت 37 درجه سانتیگراد بسیار کمتر بود. در تاریخ کاشت تاخیری، کاهش در دو جزء تعداد دانه در سنبله و وزن هزار دانه از عوامل تعیین کننده کاهش درعملکرد دانه بود. در مقابل در شرایط تنش گرمای شدید، بیشترین تاثیر منفی تنش گرما بر وزن دانه وارد شد. با افزایش دما در دوره پر شدن دانه به دلیل تاخیر در کاشت، سرعت فتوسنتر خالص برگ پرچم ژنوتیپ های مورد بررسی از 11 تا 5/29 درصد کاهش یافت. کاهش در فتوسنتز همراه با کاهش در هدایت مزوفیلی، افزایش غلظت co2 زیر روزنه ی و افزایش هدایت روزنه ای بود و فقط در دو ژنوتیپ فلات و s-78-11 که تاخیر در کاشت منجر به کاهش هدایت روزنه ای شد، بسته شدن روزنه ها عامل تعیین کننده ایی در کاهش فتوسنتز بود. در سایر ژنوتیپ ها عوامل غیر روزنه ای در کاهش فتوسنتز نقش داشت. در شرایط تنش گرمای ملایم در محیط مزرعه در اثر تاخیر در کاشت کاهش در مولفه های ?psii و fv/fm همراه با افزایش در npq بود و بدلیل افزایش حفاظت نوری، مولفه fv/fmبا وجود کاهش معنی دار در محدوده نرمال باقی ماند. در شرایط تنش گرمای شدید اعمال شده در فیتوترون در مولفه های ?psii و fv/fm کاهش قابل توجهی مشاهده شد و مقادیر npq هرچند غیر معنی دار کاهش یافت. با گذشت زمان و طولانی شدن دوره تنش مولفه fv/fm نیز کاهش یافت. در واقع، در شرایط تنش گرمای ملایم، کاهش مشاهده شده در فتوسنتز بیشتر بدلیل محدودیت های متابولیکی بود و حساسیت مولفه fv/fm در این شرایط دمایی بسیار اندک بود. ولی در شرایط تنش گرمای شدید، حساسیت زنجیره انتقال الکترون و مولفه fv/fm در ژنوتیپ های حساس افزایش یافت. با توجه به رتبه بندی متفاوت ژنوتیپ ها در محیط های مختلف آزمایشی و اثر متقابل معنی دار تاریخ کاشت در ژنوتیپ و اثر متقابل معنی دار محیط در ژنوتیپ (با طولانی شدن دوره تنش)، مولفه های فلورسانس کلروفیل به تنهایی معیار مناسبی برای گزینش ارقام در تحمل به گرما نبودند. در شرایط تنش گرمای ناشی از تاخیر در کاشت ، انتقال مجدد کربوهیدرات های محلول ساقه به طور میانگین 29 درصد و کارایی این انتقال به طور میانگین 33 درصد افزایش یافت. در شرایط تنش گرمایی اعمال شده در فیتوترون نیز به طور میانگین میزان انتقال کربوهیدرات محلول 60 درصد و کارایی این انتقال 66 درصد نسبت به تیمار دمایی بدون تنش افزایش داشت. حداکثر وزن مخصوص ساقه با حداکثر غلظت کربوهیدرات در ساقه و مقدار انتقال مجدد کربوهیدرات از ساقه به دانه ارتباط معنی داری داشت و صفت مناسبی برای گزینش ژنوتیپ هایی با بیشترین تجمع و انتقال ذخایر ساقه به دانه شناخته شد. تعداد دانه در سنبله اصلی در هر دو تاریخ کاشت در محیط مزرعه و هر دو تیمار دمایی در فیتوترون با انتقال مجدد کربوهیدرات همبستگی مثبت معنی داری داشت که نشان دهنده تاثیر قدرت مخزن بر افزایش انتقال مجدد از ساقه بود. طول دوره پر شدن دانه در هر دو آزمایش کاهش معنی داری یافت ولی واکنش سرعت پرشدن بسته به شدت تنش و نوع ژنوتیپ متفاوت بود. در تاریخ کاشت تاخیری سرعت پر شدن دانه در مرحله خطی در مقایسه با تاریخ کاشت مناسب به طور معنی داری افزایش یافت و در شرایط تنش گرمای شدید در مقایسه با دمای بدون تنش در برخی ژنوتیپ ها تغییری نکرده و در برخی افزایش یافت. در شرایط تنش گرمای ملایم در مزرعه، افزایش در سرعت پرشدن دانه به تنهایی مانع از کاهش عملکرد دانه نشد و طول دوره پر شدن دانه و تداوم تجمع مواد فتوسنتزی در دانه از اهمیت بالاتری برخوردار بود. در مقابل، در شرایط تنش گرمای شدید با توجه به توقف زودهنگام تجمع ماده خشک، توانایی افزایش در سرعت پر شدن دانه و پایا نگهداشتن فعالیت های متابولیکی تسریع شده برای مدت طولانی تر در شرایط دشوار که منجر به قدرت بیشتر در جذب مواد فتوسنتزی می شود از اهمیت بالایی برخوردار بود. سومین آزمایش انجام شده آزمون پایداری غشاء در برابر گرما بود که در دو مرحله دو برگی و گرده افشانی هر ده ژنوتیپ مذکور در محیط فیتوترون به اجرا درآمد و ارتباط آن با نتایج عملکرد حاصل از دو آزمایش قبلی بررسی شد. نتایج پایداری غشاء در برابر گرما در هر دو مرحله رشدی گیاهچه ای و گلدهی با هم مرتبط بودند. بین عملکرد دانه در واحد سطح و استحکام غشاء در برابر گرما در هر دو مرحله دو برگی و گرده افشانی همبستگی مثبت معنی دار و بین درصد کاهش عملکرد با پایداری غشاء در برابر گرما همبستگی منفی معنی داری بدست آمد. از این رو با استفاده از نتایج این آزمون روی گیاهچه ها، می توان میزان تحمل به گرما در گیاهی که کاملاً توسعه یافته است را پیش بینی کرد. در چهارمین آزمایش، فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی آسکوربات پراکسیداز و کاتالاز و میزان پراکسیداسیون اسیدهای چرب غشاء همراه با مولفه های فلورسانس کلروفیل، محتوی نسبی کلروفیل و روند رشد دانه در ارقام دز، چمران، افلاک و داراب 2 اندازه گیری شد. در این آزمایش شرایط اعمال تنش مشابه با آزمایش دوم بود، با این تفاوت که تنش گرما از 7 روز بعد از گرده افشانی هر ژنوتیپ اعمال شد. پس از اعمال تنش گرما فعالیت ویژه آنزیم کاتالاز در ارقام مورد بررسی افزایش یافت. ولی در 10 روز بعد از اعمال تنش، درحالی که فعالیت آنزیم کاتالاز در دو رقم چمران و افلاک در شرایط تنش در مقایسه با دمای بدون تنش بیشتر بود، فعالیت همین آنزیم در رقم دز بدون تغییر ماند و در رقم داراب 2 کاهش یافت. بین دو تیمار دمایی از لحاظ فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز تا 7 روز بعد از اعمال تنش گرما تفاوت معنی داری مشاهده نشد و با گذشت زمان در هر دو تیمار دمایی فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز کاهش یافت که این کاهش در تیمار تنش گرما بیشتر بود. تنش گرما منجر به تسریع در تجزیه کلروفیل، کاهش کارایی انتقال الکترون و افزایش میزان مالون دآلدئید نسبت به دمای بدون تنش شد. به طور کلی در این تحقیق ژنوتیپ های مورد بررسی بسته به شدت تنش واکنش متفاوتی به تنش گرما داشتند. در آزمایش انجام شده در محیط مزرعه، از لحاظ عملکرد در واحد سطح اترک متحمل ترین رقم شناخته شد، ارقام چمران، کویر، دز، فلات و افلاک از ارقام نیمه متحمل و لاین های s-78-11 و s-83-3 و ارقام داراب 2 و پیشتاز حساس شناخته شدند در آزمایش انجام شده در محیط فیتوترون با تنش شدید گرما از لحاظ عملکرد دانه در سنبله اصلی بر اساس شاخص حساسیت به تنش ارقام اترک، افلاک، دز ، چمران و لاین s-83-3 از ارقام نیمه متحمل و لاین s-78-11 و ارقام کویر، پیشتاز، داراب 2 و فلات حساس شناخته شدند. در دومین آزمایش انجام شده در فیتوترون نیز ارقام دز و چمران نیمه متحمل و ارقام افلاک و داراب 2 حساس شناخته شدند. برخی از ژنوتیپ ها (چمران و افلاک) با حفظ سطح سبز و تداوم فتوسنتز و برخی با انتقال بیشتر ذخایر ساقه به دانه (اترک و دز)، از رشد دانه در شرایط تنش گرما پشتیبانی کردند. در شرایط تنش گرمای شدید با توجه به توقف زودهنگام تجمع ماده خشک، ژنوتیپ هایی قادر به تحمل تنش گرما بودند که توانستند با رشد سریعتر دانه و حفظ ثبات سرعت فعالیت های متابولیکی و بیوشیمیایی در دانه، در فرصتی کوتاه نیاز دانه را تامین کنند.