چكيده فارسي :
عملكرد گياهان زراعي از جمله گندم، به عنوان غذاي اصلي بخش عمدهاي از جهان، در مناطقي كه خاك شور يا آب¬ آبياري نسبتاً شور مي¬باشد، به صورت جدي تهديد ميشود. از طرفي كمبود روي (Zn) ناشي از دريافت ناكافي از رژيم غذايي، چالش تغذيهاي جهاني بهويژه در كشورهاي درحالتوسعه است و غنيسازي زيستي گندم با ريزمغذي روي كار تحقيقاتي با اولويت بالا است. مطالعه حاضر به ارزيابي ژنوتيپهاي پوشينه¬دار (باستاني) و اصلاح شده بدون پوشينه (مدرن) گندم از نظر پاسخ¬هاي زراعي، فيزيولوژيك و مولكولي به تنش شوري و همچنين غني¬سازي روي دانه انجام شد. آزمايش اول بهصورت گلداني در فضاي باز با دوره رشد كامل در فصل زراعي 1397-1398براي غربالگري 18 ژنوتيپ گندم باستاني و مدرن در سه سطح شوري آب آبياري شاهد، 75 و 150 ميلي¬مولار نمك طعام با سه تكرار در مزرعه آموزشي تحقيقاتي چاه اناري دانشگاه صنعتي اصفهان انجام شد (فاكتوريل بر پايه طرح كاملاً تصادفي). نتايج مقايسات ميانگين نشان داد كه شوري باعث افزايش معني¬دار غلظت سديم، غلظت پرولين و فعاليت آنزيم¬هاي آنتي¬اكسيداني شد. از طرفي كاهش RWC، غلظت پتاسيم و رنگيزه¬هاي فتوسنتزي در پاسخ به تيمارهاي شوري 75 و بويژه 150 ميلي¬مولار رخ داد كه كاهش صفات رشد و عملكرد موردبررسي را به دنبال داشت. آزمايش دوم در شرايط مزرعه¬ در دو فصل زراعي 1398-1399 و 1399-1400 در دو محيط با آبياري غير شور و شوري 150 ميلي¬مولار نمك طعام اجرا شد. ضمن اينكه در هر محيط، دو سطح محلولپاشي 0 و 4 گرم در ليتر سولفات روي (ZnSO4.7H2O) و ده ژنوتيپ منتخب از آزمايش اول با سه بلوك در مزرعه آموزشي تحقيقاتي لورك نجفآباد اجرا شد (اسپليت پلات-فاكتوريل بر پايه طرح بلوك¬هاي كامل تصادفي). نتايج مقايسات ميانگين نشان داد كه شوري باعث افزايش معني¬دار غلظت سديم، غلظت پرولين، محتواي پراكسيد هيدروژن (H2O2) و مالون دي آلدهيد (MDA)، فعاليت آنزيم¬هاي آنتي¬اكسيداني كاتالاز، پراكسيداز، آسكوربات پراكسيداز و سوپراكسيد ديسموتاز و برخي صفات كيفي شد. از طرفي شوري باعث كاهش RWC، غلظت پتاسيم و رنگيزه¬هاي فتوسنتزي و مساحت و وزن برگ پرچم شد كه نهايتا كاهش رشد و عملكرد را به دنبال داشت. محلولپاشي روي باعث تقويت اغلب صفات فيزيولوژيك، زراعي و كيفي موردبررسي بويژه در محيط شور شد. آزمايش سوم به صورت هيدروپونيك در محيط كنترل شده گلخانه كه چهار ژنوتيپ منتخب از مطالعات قبلي در شوري 150 ميلي¬مولار نمك طعام در سه تكرار جهت بررسي بيان ژن¬هاي مرتبط با هموستازي يوني در بستر پرليت اجرا شد (فاكتوريل بر پايه طرح كاملاً تصادفي). نتايج نشان داد كه در مواجهه با شوري، بيان نسبي ژن¬هاي دخيل در تحمل شوري SOS1 و NHX1 افزايش يافت. رقم هگزاپلوئيد بيان ژن¬ SOS1 (حساسيت زياد به شوري) و رقم تتراپلوئيد بيان ژن NHX1 (انتقال سديم به درون واكوئل) را بيشتر افزايش دادند.
طبق نتايج، برخي ارقام باستاني در مقايسه با ساير ارقام پتانسيل تحمل شوري بالاتري بواسطه داشتن مكانيسم¬هاي فيزيولوژيك و مولكولي (برقراري هموستازي اسمزي، يوني و ردوكس) نشان دادند. در بخش ارزيابي خصوصيات كيفي دانه مشخص شد كه ژنوتيپهاي گندم باستاني بويژه ايمرها در مقايسه با ژنوتيپهاي مدرن داراي كيفيت دانه مطلوب¬تري از نظر محتواي پروتئين و روي دانه، سختي دانه، محتواي گلوتن، شاخص گلوتن و ميزان جذب آب بودند. بنابراين ارقام باستاني ايمر ايراني از مجموع صفات مطلوبي براي سازگاري با شرايط محدودكننده رشد محيطي از جمله شوري و كمبود ريزمغذي روي برخوردار بودند كه مي¬توان آن¬ها را براي مصارف خاص مانند توليد محصول ارگانيك در خاك¬هاي حاشيه¬اي و فقير كشت و كار كرد يا در برنامه¬هاي اصلاحي به عنوان والد داراي عملكرد دانه كم ولي متحمل به شوري و داراي كيفيت دانه مطلوب با والدهاي مدرن داراي عملكرد دانه بالا ولي حساس به شوري و كيفيت پايين دانه تلاقي داد.
چكيده انگليسي :
The productivity of a crop such as wheat, as the main food of a major part of the world, is seriously threatened in areas where the soil or the irrigation water is relatively salty. Salinity stress by applying the primary effects of ionic toxicity and osmotic stress and the secondary effects of oxidative stress affects a set of pathways and processes of gene expression, signaling, biochemistry and physiology of the plant, which leads to a decrease in plant performance. On the other hand, lack of zinc (Zn) caused by insufficient dietary intake is a global nutritional challenge, especially in developing countries, and the biological enrichment of wheat with zinc micronutrients is a high-priority research work. Today, after the rediscovery of the positive characteristics of the indigenous populations, especially the ancient wheats, such as the tolerance of various stresses and the high quality of their grains, they have become popular. Therefore, the present study evaluates the hulled (ancient) and modified naked (modern) varieties of wheat in terms of agronomic, physiological and molecular responses to salinity stress (0, 75 and 150 mM NaCl) and also foliar-applied Zn (spraying 0 and 4 gram per liter of zinc sulfate solution (ZnSO4.7H2O)).
The first experiment was carried out in pots from mid-November to mid-July (2018-2019) for the screening of 18 genotypes of hulled and non-hulled wheat at three irrigation water salinity levels of 0, 75 and 150 mM NaCl with three replications (a factorial exeriment based on completely randomized design) in the Chah-anari Research and Training farm of Isfahan University of Technology. The second experiment was carried out in field conditions in two cropping seasons of 2019-2020 and 2020-2021 in two environments with non-saline and saline irrigation of 150 mM NaCl. In each environment, two levels of foliar spraying of 0 and 4 g/L of zinc sulfate and ten selected genotypes from the first experiment were used in three replications (a split-plot-factorial based on a randomized complete block design) in Lavark Research Farm in Najafabad. The third experiment was carried out hydroponically in the controlled environment of the greenhouse, where four selected genotypes from previous studies were subjected to 150 mM NaCl salinity in three replicates (a factorial based on completely randomized design) to investigate the expression of genes related to ion homeostasis in perlite substrate.
The results showed that salinity stress, especially the level of 150 mM, caused a severe drop in grain yield in modern genotypes. On the other hand, some ancient genotypes were tolerant to salinity. Physiological mechanisms of salinity tolerance discovered in this experiment for ancient genotypes were preservation of relative water content and potassium concentration of leaves, accumulation of compatible organic matter proline for osmotic regulation and strong antioxidant activity. Also, the specific mechanisms of salinity tolerance in the ancient emmer genotypes include tissue tolerance, i.e. the accumulation of sodium in the leaf to create osmotic balance and its transfer to a less dangerous place to prevent ion toxicity, and for the ancient spelt genotypes, it includes preventing sodium from entering the aerial part for inhibit ion toxicity. At the molecular level, it was also observed that when exposed to salinity, the spelt increased the expression of the SOS1 gene (high sensitivity to salinity) and the emmer increased the expression of the NHX1 gene (transfer of sodium into the vacuole). In the assessment of grain quality characteristics, it was also found that ancient wheat genotypes, especially emmer, had better grain quality in terms of grain protein and zinc content, grain hardness, gluten content, gluten index and water absorption rate compared to modern genotypes. In addition, foliar application of zinc sulfate strengthened all the investigated quality traits in both saline and non-saline conditions.