بررسی ارتباط بین کارآیی فتوسنتز با تحمل به خشکی از نظر مبانی فیزیولوژیکی و بیان ژن در سطح ترنسکریپتوم در نخود با رویکرد تغییرات اقلیمی

تغییر اقلیم و تغییرات محیطی حاصل از فعالیت های بشری با سرعت در حال رخ دادن است. پیش بینی می شود ادامه این روند باعث کاهش منابع آب قابل دسترس و افزایش دی اکسید کربن و با تاثیرگذاری بر فتوسنتز، امنیت غذایی را در آینده تحت تأثیر قرار دهد. لذا این مطالعه با هدف بررسی مسیرهای مختلف مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و مولکولی مرتبط با پاسخ گیاه نخود به تنش خشکی و افزایش دی اکسید کربن انجام پذیرفت. به همین منظور این مطالعه در سه مرحله انجام شد. در مرحله اول در دو آزمایش جداگانه تحمل به خشکی ?? ژنوتیپ منتخب نخود مورد ارزیابی قرار گرفتند. در آزمایش اول تحمل به خشکی این ژنوتیپ ها در محیط هیدروپونیک در سه سطح شاهد، ?- و ?- بار مورد ارزیابی قرار گرفت و میزان تحمل به خشکی در این ژنوتیپ ها بر اساس وزن زیست توده و شاخص های تحمل به خشکی محاسبه شد. در این آزمایش پاسخ برخی از صفات مورفولوژیک، فیزیولوژیک و متابولیک و ارتباط آنها با تحمل به خشکی ژنوتیپ ها مورد ارزیابی قرار گرفت. در آزمایش دوم میزان تحمل به خشکی در ژنوتیپ ها بر رشد ریزنمونه های لپه دار و فاقد لپه در محیط کشت های مختلف که دارای سطوح اسمزی مختلف بودند مورد ارزیابی قرار گرفت. مرحله دوم مطالعه شامل سه آزمایش بود که در آنها تلاش شد تا تأثیر افزایش دی اکسید کربن و تنش خشکی روی چهار ژنوتیپ منتخب مرحله اول مورد ارزیابی قرار گیرد. برای این منظور در آزمایش اول ابتدا تأثیر شدت های مختلف نور و غلظت های مختلف دی اکسید کربن بر فتوسنتز این ژنوتیپ ها مورد مطالعه قرار گرفت. در آزمایش دوم تأثیر دو سطح??? و ??? پی پی ام دی اکسید کربن بر رشد، خصوصیات ریخت شناسی، تبادلات گازی و برخی خصوصیات متابولیکی در ژنوتیپ های منتخب در شرایط هیدروپونیک مورد ارزیابی قرار گرفت. در آزمایش سوم نیز تأثیر افزایش غلظت دی اکسید کربن و تنش خشکی در قالب آزمایش فاکتوریل با دو سطح دی اکسید کربن ??? و ??? پی پی ام و تیمار خشکی در دو سطح ظرفیت زراعی و ?? درصد ظرفیت زراعی روی چهار ژنوتیپ منتخب مورد مطالعه قرار گرفت. در این آزمایش تأثیر تیمارهای مورد مطالعه بر تولید زیست توده و برخی صفات ریخت شناسی، فیزیولوژیک، متابولیکی، و بیوشیمایی مرتبط با تیمارهای مورد مطالعه ارزیابی گردید. در مرحله سوم از این مطالعه، تأثیر افزایش دی اکسید کربن و تنش خشکی روی بیان شش ژن موثر در تجزیه و تولید نشاسته،?? ژن انتقال دهنده غشایی قند و اسید آمینه مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی تحمل به خشکی ?? ژنوتیپ نخود در شرایط هیدروپونیک نشان داد که از نظر تحمل به خشکی در بین ژنوتیپ ها تنوع وجود دارد. نتایج نشان داد که ژنوتیپ هایی که از نظر اصلاحی متحمل به خشکی شناخته شده اند لزوماً دارای تمامی روش های تحمل به خشکی نیستند. این آزمایش نشان داد که صفات مختلف مورفولوژیک، فیزیولوژیک و مولکولی می توانند در تحمل به خشکی ژنوتیپ ها موثر باشند. بررسی نتایج گزینش آزمایشگاهی نشان داد که همبستگی منفی و معنی داری بین رشد گیاهچه های بدون لپه در محیط کشت ms دارای ساکارز با تحمل به خشکی ژنوتیپ ها در شرایط زراعی وجود دارد. به نظر می رسد بتوان از این شیوه به عنوان یک روش سریع در گزینش ژنوتیپ های متحمل بهره برد. بررسی پاسخ ژنوتیپ های نخود مورد مطالعه به افزایش غلظت دی اکسید کربن نشان داد که علاوه بر بهبود فتوسنتز در اثر افزایش دی اکسید کربن، تغییرات ساختاری که در برگ ها ایجاد می شود می تواند نقش موثری در افزایش تولید زیست توده تا ?? درصد در اثر افزایش دو برابری غلظت دی اکسید کربن داشته باشد. با این حال بررسی نتایج بدست آمده در شرایط مشابه محیطی در بستر خاک نشان داد که در محیطی که محدودیت آب و مواد غذایی بیشتر است دستیابی به این افزایش تولید در زیست توده امکان پذیر نیست. در این آزمایش تغییرات ساختمانی ایجاد شده به وسیله افزایش دی اکسید کربن نظیر افزایش سطح برگ، نقش موثری در افزایش تاثیر تنش خشکی و افزایش حساسیت ژنوتیپ ها به تنش خشکی داشت. با این حال اثر افزایش غلظت دی اکسید کربن بر تولید زیست توده در شرایط تنش و بدون تنش مثبت بود. شواهد متعدد در این مطالعه بیانگر جایگاه ویژه سوخت و ساز قند در تحمل به خشکی و پاسخ گیاه به افزایش دی اکسید کربن بود. بررسی بیان ژن های موثر در تجزیه و تولید نشاسته و انتقال دهنده های غشایی قند و اسید آمینه نشان داد که الگوی بسیاری از صفات ریخت شناسی، فیزیولوژیک و متابولیکی موثر در تولید و تحمل به خشکی در ژنوتیپ های مورد مطالعه با الگوی بیان این ژن ها شباهت دارد. این نتایج بیانگر این فرضیه است که احتمالا نحوه مدیریت منابع فتوسنتزی و انتقال آنها به اندام های دیگر گیاه می تواند در پاسخ گیاه به تنش خشکی و افزایش دی اکسید کربن موثر باشند.