بررسی برخی پاسخ‌های بیوشیمیایی به تنش شوری در ارقام پیاز خوراکی (Allium cepa L.)

مقدمه.

پیاز خوراکی (Allium cepa L.) از مهم‌ترین سبزی‌‌های خوراکی است که از نظر وسعت کشت و مصرف در جهان پس از سیب‌زمینی و گوجه‌فرنگی سومین و در ایران پس از سیب‌زمینی، گوجه‌فرنگی و هندوانه چهارمین سبزی مهم است (FAO, 2016). این گیاه بومی ایران است و بیش از 3200 سال پیش از میلاد شناخته شد. پیاز نه تنها اهمیّت غذایی بالایی در بین مردم ایران و جهان دارد، بلکه در درمان بیماری‌هایی مانند: آسم، صرع، برونشیت مزمن، دیابت، بیماری‌های پوستی، سرطان و ... نیز کاربرد دارد (Ghodrati, et al., 2013).

شوری یکی از مهم‌ترین عوامل تنش‌زای غیرزیستی است که تهدیدی جدی برای امنیت غذایی است و تأثیرگذاری مهمی بر زندگی انسان در مناطق خشک و نیمه‌خشک دارد، به‌طوری‌که در حال حاضر تقریباً در تمامی این مناطق، کشت‌های تحت آبیاری در معرض شوری قرار دارند و این مشکل هرساله با تغییرات آب‌و‌هوایی و مدیریت ضعیف سیستم‌های آبیاری افزایش می‌یابد (Ghaffari-Moghaddam et al., 2019; Al-Ashkar et al., 2019). ایران با دارا بودن اقلیم گرم و خشک از این قاعده مستثنا نیست، به‌طوری‌که بیش از نیمی از زمین‌های قابل‌کشت آن (در حدود 27 میلیون هکتار) از خاک‌های شوری و سدیمی تشکیل‌شده است (Sayyari and Mahmoodi, 2002). شوری بر جنبه‌های مختلف رشد گیاهان اثر گذاشته و موجب کاهش رشد اندام هوایی و تولید ماده خشک می‌شود. خسارت شوری در گیاهان باعث ایجاد تنش یونی و اسمزی، کاهش میزان آب، اثر سمیّت و اختلال در جذب عناصر غذایی می‌شود (Munns and Tester, 2008). پاسخ گیاهان به تنش شوری متفاوت بوده و به گونه، رقم، میزان سمیّت، پتانسیل اسمزی نمک و مدت‌زمان تنش بستگی دارد (Darakhi et al., 2014).

گیاه پیاز حساس به شوری است و حد آستانه تحمل به شوری در این گیاه 2/1 دسی‌زیمنس بر متر با شیب کاهش عملکرد 16 درصد به ازای هر واحد افزایش هدایت الکتریکی بالاتر از حد آستانه است (Maas and Grattan, 1999). در گزارش Khodadadi (2002) نمک کلرید سدیم باعث کاهش شاخص‌های رشدی و افزایش میزان پرولین در رقم‌های پیاز خوراکی شده است. Faghfourian و Taheri (2012) با بررسی تحمل نسبی توده‌هایی از پیاز خوراکی رقم محلی اصفهان در سطوح مختلف شوری نشان دادند که تنش شوری به‌طور معنی‌داری سبب کاهش شاخص‌های رشدی و میزان کلروفیل شد. تحقیقات Malik و همکاران (1982) در هندوستان بر واکنش 30 رقم پیاز خوراکی با تیمارهای 4، 5/7 و 11 دسی‌زیمنس بر متر شوری، حاکی از کاهش معنی‌دار صفات رشد گیاهی و افزایش تولید پرولین و قندها با افزایش غلظت شوری بود. Jamshidvand و همکاران (2013) آثار سطح مختلف شوری بر ویژگی‌های جوانه‌زنی و فیزیولوژیک پیازهای بومی ایران شامل سفید کاشان، درچه اصفهان، هرسین و سفید قم را بررسی کردند. نتایج این پژوهش‌ها نشان داد با افزایش شوری میزان کلروفیل و کاروتنوئید در تمامی رقم‌های کاهش یافته است.

باتوجه‌به افزایش جمعیت جهان و نیاز به غذا و آب، در تولید محصولات کشاورزی با کمبود منابع آب‌وخاک مواجه خواهیم شد. بنابراین، استفاده از خاک‌ها و آب‌های نامناسب و شور امری غیرقابل‌اجتناب خواهد بود (Rezaei, et al., 2017). بهبود تحمل به شوری در ژنوتیپ‌های هر محصول یک راهبرد بسیار مؤثر برای کاهش آثار منفی تنش شوری بر تولید محصولات نسبت به سایر فعالیت‌های زراعی است (Al-Ashkar et al., 2019). لازمه اصلاح و بهبود تحمل به تنش در گیاهان داشتن درک درستی از فیزیولوژی کل گیاه در مقابل تنش است. تحقیقات نشان داده است که زمانی که به دنبال اصلاح گیاهانی با عملکرد بهتر برای شرایط تنش هستیم، شاخص‌های فیزیولوژیک می‌توانند نسبت به شاخص‌های زراعی و یا ارزیابی ظاهری مؤثرتر واقع شوند (Ashraf and Harris, 2004). تغییر در برخی ترکیبات بیوشیمیایی مانند رنگیزه‌های گیاهی، پرولین، ترکیبات فنلی، قندهای محلول و غیره در تعدادی از گیاهان زراعی همبستگی بالایی با تنش شوری نشان داده‌اند (Ashraf and Harris, 2013; Parida and Das, 2005; Arzani and Ashraf 2016; Demiral and Türkan, 2006).

بررسی آثار شوری بر صفات بیوشیمیایی و فیزیولوژیک رقم‌های پیاز برای درک آثار تنش شوری بر رشد و عملکرد گیاه و شناسایی مکانیسم‌های مهم تحمل به‌کار رفته در گیاه پیاز ضروری است. تاکنون پژوهشی در زمینه مقایسه پاسخ‌های فیزیولوژیک رقم‌های مختلف پیاز خوراکی با تحمل به شوری متفاوت و بررسی قابل اتکا بودن این شاخص‌های فیزیولوژیک برای تشخیص رقم‌های متحمل و حساس به شوری در پیاز خوراکی انجام نگرفته است. به همین علت در این پژوهش عملکرد و برخی پاسخ‌های بیوشیمیایی شش رقم پیاز خوراکی با سطوح مختلف تحمل به شوری ارزیابی شد.

مواد و روش‌ها

این آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. عامل اول شش رقم پیاز خوراکی (رقم اصفهان، قرمز آذرشهر، هرسین، پی‌اس، بهبهان و کرج) و عامل دوم پنج سطح شوری (0، 25، 50، 75 و 100 میلی‌مولار کلرید سدیم) که هدایت الکتریکی محلول‌های غذایی به‌ترتیب برابر 2/1، 7/3، 1/6، 5/8 و 11 دسی‌زیمنس بر متر بود. این پژوهش در محیط‌کشت هیدروپونیک (آب‌کشت) در مجتمع گلخانه‌های تحقیقاتی گروه علوم و مهندسی باغبانی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، در سال 1396 انجام شد. ابتدا بذرهای استفاده‌شده در سینی‌های نشا (بستری از پرلیت) کشت گردیدند. پس از جوانه‌زنی و ظهور گیاهچه از هر رقم، گیاهچه‌های یک اندازه و مشابه از نظر شرایط رویشی انتخاب و پس از شستشوی ریشه‌ها با آب، گیاهچه‌ها به محیط هیدروپونیک منتقل شد. از محلول غذایی هوگلند تغییریافته برای تغذیه گیاهان استفاده شد (Hosseini, 2019). پس از انتقال و استقرار نشاها در محیط هیدروپونیک، تنش شوری با اضافه کردن مقادیر لازم از کلرید سدیم به محلول غذایی برای هر تیمار اعمال شد. دمای گلخانه بین 20 تا 25 درجه سانتیگراد کنترل شد. در طول دوره رشد هر روز اسیدیته و هدایت الکتریکی محلول غذایی به وسیله pH متر و EC متر پورتابل (مدل Cond, pH-3110، شرکت WTW، آلمان) به‌صورت روزانه تنظیم شد. برای جلوگیری از شوک اسمزی اعمال تیمارها به‌صورت تدریجی و با اضافه کردن 5/12 میلی‌مولار آب‌نمک در هر 12 ساعت یک‌بار (روزانه 25 میلی‌مولار) انجام شد. در پایان آزمایش، گیاهچه‌ها از محیط‌کشت خارج شدند و به‌طور تصادفی گیاهچه‌هایی از هر تکرار انتخاب و پس از شستشویی ریشه‌ها قسمت‌های مختلف گیاه (ریشه، سوخ و برگ) تفکیک شد (شکل 1). آماده‌سازی و کشت بذرها از ابتدای آبان‌‌ماه 1396 آغاز شد و برداشت گیاهان تا اواخر اردیبهشت‌ماه 1397 به‌مدت هفت‌ماه ادامه داشت. از بافت تازه برای اندازه‌گیری رنگیزه‌های فتوسنتزی، پرولین و پروتئین و از نمونه‌های خشک‌شده در آون در دمای 60 درجه سانتیگراد به‌مدت 48 ساعت نیز برای اندازه‌گیری فنل کل و کربوهیدرات استفاده شد.

شکل 1- مراحل مختلف تحقیق از کاشت تا برداشت گیاهان

Figure 1- Different stages of the research from planting to harvesting of plants

شاخص تحمل به تنش (Salt Tolerance Index)، طبق رابطه (1) محاسبه شد (Hosseini, 2019).

رابطه 1: شاخص تحمل به تنش (STI)

در این رابطه = عملکرد سوخ در شرایط بدون تنش، = عملکرد سوخ در شرایط تنش، = میانگین عملکرد کل سوخ‌ها در شرایط بدون تنش است. برای تعیین عملکرد سوخ، وزن‌تر سوخ‌ها با استفاده از ترازوی دیجیتال با دقت سه رقم اعشار اندازه‌گیری شد.

برای سنجش میزان کلروفیل و کاروتنوئید 1‌/0 گرم از نمونه برگ با 10 میلی‌لیتر استون 80 درصد عصاره‌گیری شد. سپس میزان جذب عصاره‌ها در طول موج‌های 470، 663 و 645 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر (مدل T80+UV/VIS، شرکت PG Instruments، انگلستان) اندازه‌گیری شد و از رابطه‌های 2، 3، 4 و 5 برای محاسبه میزان رنگیزه‌های فتوسنتزی استفاده شد ((Lichtenthaler, 1987.

رابطه 2:

Chl a (mg/g) = {0.0127 (A₆₆₃) - 0.00269 (A₆₄₅)} × 100/w

رابطه 3:

Chl b (mg/g) = {0.0229 (A₆₄₅) - 0.00468 (A₆₆₃)} × 100/w

رابطه 4:

Total Chl = Chl a + Chl b

رابطه 5:

Caretonoids= 1000 (A₄₇₀) - 2.270 Chla - 81.4 Chl b/227

در رابطه‌های یادشده W: وزن‌تر بافت نمونه (برحسب میلی‌گرم)، A₆₆₃، A₆₄₅ و A₄₇₀ به‌ترتیب میزان جذب نمونه‌ها در طول‌موج‌های 663، 645 و 470 نانومتر است.

برای اندازه‌گیری پرولین مقدار صد میلی‌گرم بافت تازه برگی با 500 میکرولیتر از محلول
5- سولفوسالیسیک اسید 3 درصد عصاره گیری شد. سپس 100 میکرولیتر از عصاره با 100 میکرولیتر از محلول 5- سولفوسالیسیلیک اسید 3 درصد، 200 میکرولیتر اسید استیک (گلاسیال) و 200 میکرولیتر از معرف ناین‌هیدرین مخلوط گردید و به‌مدت 60 دقیقه در حمام آب گرم با دمای 96 درجه سانتیگراد قرار داده شد. پس از توقف واکنش، یک میلی‌لیتر تولوئن به نمونه‌ها اضافه شد و به‌مدت 20 ثانیه ورتکس شد. جذب محلول رنگی حاصل در طول‌موج 520 نانومتر قرائت گردید. میزان پرولین در هر نمونه بر اساس منحنی استاندار محاسبه و برحسب میکرومول در گرم وزن‌تر بیان شد (Bates et al., 1973).

برای نعیین میزان فنل کل، یک گرم از نمونه خشک پودر شده به‌وسیله 10 میلی‌لیتر از متانول سرد خالص عصاره‌گیری شد. میزان 125 میکرولیتر از عصاره متانولی با 375 میکرولیتر آب مقطر و 5/2 میلی‌لیتر محلول معرف فولین سیوکالتیو 10 درصد برای 6 دقیقه در تاریکی در دمای اتاق نگهداری شد. سپس 2 میلی‌لیتر محلول کربنات سدیم 5/7 درصد به آن اضافه شد و هر نمونه به‌مدت 90 دقیقه در دمای اتاق در تاریکی قرار داده شد و پس‌ازآن میزان جذب محلول در طول‌موج 765 نانومتر قرائت گردید. میزان فنل کل بر اساس منحنی استاندار اسید گالیک محاسبه و برحسب میلی‌گرم اسید گالیک در 100 گرم وزن خشک بیان شد (Hosseini, 2019).

برای سنجش میزان قندهای محلول 100 میلی‌گرم وزن‌خشک از هر نمونه با 10 میلی‌لیتر الکل اتانول 80 درصد داغ عصاره‌گیری شد. به 2 میلی‌لیتر از عصاره حاصل، 1 میلی‌لیتر محلول فنل 5 درصد و 5 میلی‌لیتر اسید سولفوریک غلیظ اضافه شد و مخلوط حاصل به‌مدت یک دقیقه ورتکس و 15-10 دقیقه در دمای آزمایشگاه قرار داده شد. سپس میزان جذب نمونه‌های آماده‌شده در طول ‌موج 490 نانومتر قرائت گردید. میزان قندهای محلول بر اساس منحنی استاندارد و برحسب میلی‌گرم در گرم وزن خشک نمونه محاسبه شد (Dubois et al., 1956).

برای اندازه‌گیری پروتئین برگ 25/0 گرم نمونه با یک میلی‌لیتر بافر فسفر پتاسیم 50 میلی‌مولار (pH=7) حاوی نیم میلی‌مولار اتیلن دی‌امین تترا استات و پلی‌وینیل پلی‌پیرولیدون (2%) عصاره‌گیری شد. برای سنجش پروتئین، 10 میکرولیتر عصاره با 40 میکرولیتر بافر استخراج و 5/2 میلی‌لیتر محلول برادفورد برای 15 ثانیه ورتکس و به‌مدت 15 دقیقه در تاریکی نگهداری شد. سپس میزان جذب نمونه‌ها در طول‌موج 595 نانومتر قرائت گردید. میزان پروتئین نمونه‌ها بر اساس منحنی استاندارد آلبومین سرم گاوی محاسبه و بر حسب میلی‌گرم در گرم وزن تر بیان شد (Bradford, 1976).

تجزیه و تحلیل آماری

تجزیه داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار SAS نسخه 1/9، برآورد همبستگی پیرسون بین صفات نیز با استفاده از نرم‌افزار SPSS نسخه 21 و رسم نمودارها با نرم‌افزار Excel نسخه 2013 انجام شد. مقایسات میانگین‌ها نیز با استفاده از آزمون کمترین تفاوت معنی‌دار (LSD) انجام شد.

نتایج

نتایج حاصل از تجزیه واریانس اثرات ساده و برهمکنش رقم و تیمارهای شوری بر شاخص‌های بیوشیمیایی رقم‌های پیاز خوراکی مطالعه‌شده در سطح احتمال 1 درصد معنی‌دار بود (جدول 1). همچنین، تنها اثرات ساده شوری و رقم درشاخص تحمل به تنش اختلاف بسیار معنی‌داری داشت (جدول 2).

جدول 1- تجزیه واریانس اثرات رقم و تیمارهای شوری بر شاخص‌های بیوشیمیایی شش رقم پیاز خوراکی

Table 1- The variance analysis of cultivar and salinity effects on biochemical indices of six onion cultivars

^** معنی‌داری در سطح احتمال 1% را نشان می‌دهد.

^**: significant at 0.01 probability level.

جدول 2- تجزیه واریانس اثرات رقم و تیمارهای شوری بر شاخص‌ تحمل تنش در شش رقم پیاز خوراکی.

Table 2- The variance analysis of cultivar and salinity effects on stress tolerance index in six onion cultivars.

^ns و ^** به‌ترتیب نشان‌دهنده‌ عدم سطح معنی‌داری و معنی‌داری در سطح احتمال 1% است.

^ns and ^**: non-significant and significant at 0.01 probability level, respectively.

شاخص تحمل به تنش (STI)

نتایج مقایسه میانگین نشان داد که در تمامی رقم‌های مطالعه‌شده با افزایش سطوح شوری، میزان STI کاهش معنی‌دار داشت (شکل 2-الف) اما در کل رقم‌های اصفهان و قرمز آذرشهر بیشترین مقادیر STI را نسبت به چهار رقم دیگر داشتند و مقدار STI در رقم‌های هرسین و پی‌اس بیشتر از رقم‌های کرج و بهبهان بود (شکل 2-ب).

کلروفیل

مقایسه میانگین اثرات سطوح شوری بر کلروفیل a، b و کل (میلی‌گرم در گرم وزن‌تر)در شش رقم پیاز خوراکی نشان داد که میزان کلروفیل a، b و کل در تمامی رقم‌ها با افزایش سطوح شوری کاهش معنی‌دار داشت. همچنین، این کاهش در تمام رقم‌ها یکسان نبود و در رقم‌های اصفهان و قرمز آذرشهر نسبت به سایر رقم‌ها به میزان کمتری کاهش یافت و در رقم‌های پی‌اس و هرسین نیز در سطوح بالای شوری 1/6، 5/8 و 11 دسی‌زیمنس بر متر نسبت به رقم‌های بهبهان و کرج کاهش کمتری داشت. میزان کاهش در کلروفیل کل در رقم‌های متحمل 25 تا 30 % در تیمار 11 دسی‌زیمنس بر متر بود، در حالی‌که در رقم‌های حساس 70 تا 75% کاهش مشاهده‌ شد (شکل 3-الف، ب و پ).

کاروتنوئیدها

میزان کاروتنوئید (میلی‌گرم در گرم وزن‌تر) در شش رقم پیاز خوراکی با افزایش میزان شوری کاهش معنی‌دار داشت. کاهش میزان کاروتنوئید در تمام رقم‌ها یکسان نبود و به‌ترتیب رقم‌های اصفهان و قرمز آذرشهر نسبت به رقم‌های پی‌اس و هرسین و رقم‌های پی‌اس و هرسین نسبت به رقم‌های بهبهان و کرج میزان بالاتری از کارتنوئیدها را داشتند و همچنین، در سطوح بالای شوری اختلاف بین رقم‌ها بیشتر گردید. میزان کاهش در کاروتنوئیدها در رقم‌های متحمل حدود 55 % درتیمار 11 دسی‌زیمنس بر متر مشاهده شد، درحالی‌که در رقم‌های حساس 80% بود (شکل 3-ت).

پرولین

افزایش میزان شوری موجب افزایش میزان پرولین (میکرومول درگرم وزن‌تر) در رقم‌های پیاز خوراکی موردمطالعه شد و این افزایش در تمامی رقم‌های مشاهده گردید، اما افزایش میزان پرولین در شرایط تنش شوری در تمام رقم‌های یکسان نبود، به این معنی که افزایش میزان پرولین در رقم‌های پیاز بهبهان و کرج در اثر شوری‌های بالا (1/6، 5/8 و 11 دسی‌زیمنس بر متر) نسبت به سایر رقم‌ها بیشتر بود و در رقم‌های اصفهان و قرمز آذرشهر افزایش کم‌تری نسبت به سایر رقم‌ها مشاهده گردید (شکل 4-الف). میزان افزایش در پرولین در رقم‌های حساس 600% درتیمار شوری 11 دسی‌زیمنس بر متر بود، درحالی‌که در رقم‌های متحمل 300% مشاهده‌ شد.

فنل کل

میزان فنل کل (میلی‌گرم اسید گالیک بر وزن خشک) با افزایش سطوح شوری در 7/3 دسی‌زیمنس بر متر بیشترین افزایش معنی‌دار را در تمامی رقم‌ها نشان داد (218 تا 151%)، اما این افزایش در رقم‌های پیاز اصفهان و آذرشهر بیشترین میزان را داشت. با افزایش بیشتر شوری در تیمارهای شوری 1/6، 5/8 و 11 دسی‌زیمنس بر متر میزان فنل کل در تمامی رقم‌ها کاهش معنی‌داری نشان داد، ولی میزان کاهش در رقم‌های اصفهان و آذرشهر نسبت به رقم‌های هرسین و پی‌اس و رقم‌های هرسین و پی‌اس نسبت به رقم‌های بهبهان و کرج به میزان کم‌تری بود (شکل 4-ب). در رقم‌های اصفهان و آذرشهر میزان فنل کل در شوری بسیار بالا (11 دسی‌زیمنس بر متر) برابر تیمار شاهد گردید، اما در دیگر رقم‌ها به طور معنی‌داری به کمتر از میزان شاهد (حدود 42%) رسید (شکل 4-ب).

شکل 3- الف، ب، پ و ت به‌ترتیب تأثیر سطوح مختلف شوری بر میزان کلروفیل a، b، کل و کاوتنوئیدها در شش رقم پیاز خوراکی. مقادیر، میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند. حروف متفاوت، بیانگر تفاوت معنی‌دار در سطح 05/0 p≤ با آزمون LSD هستند.

Figure 3- A, B, C and D, respectively, the effect of different salinity levels on the amount of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and cartenoids in six onion cultivars. Values are the average of three replications ±standard deviation. Different letters indicate a significant difference at the level of p ≤0.05 with LSD test.

شکل 4- الف، ب، پ و ت به‌ترتیب تأثیر سطوح مختلف شوری بر میزان پرولین، فنل‌کل، قندهای محلول و پروتئین در شش رقم پیاز خوراکی. مقادیر، میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند. حروف متفاوت، بیانگر تفاوت معنی‌دار در سطح 05/0 p≤ با آزمون LSD هستند.

Figure 4 - A, B, C and D, respectively, the effect of different salinity levels on the amount of proline, phenol, soluble sugars and protein in six onion cultivars. Values are the average of three replications ±standard deviation. Different letters indicate a significant difference at the level of p ≤0.05 with LSD test.

قندهای محلول

شوری کم (7/3 دسی‌زیمنس بر متر) میزان قندهای محلول را در تمامی رقم‌ها افزایش داد (143 تا 210%). افزایش میزان قندهای محلول در شرایط تنش شوری کم در تمام رقم‌های یکسان نبود، به این معنی که افزایش قندهای محلول در رقم‌های اصفهان و قرمز آذرشهر بیشترین میزان را داشت. در سطوح شوری بالا (1/6 تا 11 دسی‌زیمنس بر متر) میزان قندهای محلول در تمامی رقم‌ها کاهش داشت، اما میزان کاهش قندهای محلول در رقم‌های اصفهان و قرمز آذرشهر کمتر از رقم‌های هرسین و پی‌اس و رقم‌های هرسین و پی‌اس کمتر از رقم‌های کرج و بهبهان بود، به‌طوری‌که تنها در رقم‌های کرج و بهبهان در تیمارهای شوری 5/8 و 11 دسی‌زیمنس بر متر میزان قندهای محلول کمتر از تیمار شاهد بود (شکل 4-پ).

پروتئین کل

نتایج اثرات سطوح شوری بر میزان پروتئین (میلی‌گرم برگرم وزن‌تر) در رقم‌های مختلف پیاز خوراکی نشان داد که در رقم‌های اصفهان و قرمز آذرشهر میزان پروتئین افزایش (139 تا 152%) و در سایر رقم‌ها کاهش معنی‌دار (23 تا 56%) داشت، به‌طوری‌که در رقم‌های هرسین و پی‌اس این کاهش کمتر و در رقم‌های کرج و بهبهان شدت کاهش بیشتر بود. اگرچه رقم کرج بیشترین میزان پروتئین را در شرایط بدون تنش داشت، اما با افزایش شوری با شیب تندتری میزان پروتئین آن کاهش یافت (شکل 4-ت).

همبستگی بین شاخص‌های بیوشیمیایی با شاخص تحمل به تنش

بین شاخص تحمل به تنش با کلروفیل a، b و کل، کاروتنوئیدها، فنل کل و قندهای محلول همبستگی مثبت و بسیار معنی‌دار و با پرولین همبستگی منفی بسیار معنی‌دار وجود داشت (جدول 2). همچنین بین شاخص‌های کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل، کاروتنوئیدها، فنل کل، قندهای محلول و پروتئین همبستگی مثبت و معنی‌دار وجود داشت، اما تمام شاخص های یادشده با پرولین همبستگی منفی و بسیار معنی‌داری داشتند (جدول 2).

جدول 3- همبستگی بین شاخص تحمل به تنش با برخی صفات فیزیولوژیک در شش رقم پیاز خوراکی با درجات تحمل به شوری متفاوت.

Table 3- Correlation between stress tolerance index and some physiological traits in six onion cultivars with different salinity tolerance.

^ns، ^** و ^* به‌ترتیب نشان‌دهنده عدم اختلاف معنی‌دار و معنی‌داری در سطح احتمال خطای 1 و 5 درصد است.

^ns, ^*, ^**: non-significant, significant at 0.05 and 0.01 probability level, respectively.

بحث

نتایج به‌ دست‌آمده نشان داد که بر اساس شاخص تحمل به تنش رقم‌های اصفهان و قرمز آذر‌شهر دارای تحمل بالاتری نسبت به رقم‌های دیگر بودند. همچنین، رقم‌های هرسین و پی‌اس با تحمل نسبی متوسط و رقم‌های کرج و بهبهان حساس به شوری ارزیابی شدند. نتایج پژوهش‌های دیگر محققین نیز نشان داده است که در بین رقم‌های پیاز از نظر تحمل به شوری تفاوت‌های معنی‌داری مشاهده شده است (Khodadadi, 2002; Faghfourian and Taheri, 2013). همچنین، Jamshidvand و همکاران (2013) نیز پیاز رقم اصفهان را جزو پیازهای متحمل به شوری ارزیابی کردند که با نتایج پژوهش حاضر مطابقت داد. محققین در گذشته پیاز را در گروه حساس به شوری با هدایت الکتریکی آستانه برابر 2/1 تا 4/1 و شیب کاهش عملکرد 16% تقسیم‌بندی کردند (Maas and Grattan, 1999). در پژوهش حاضر، رقم‌های متحمل اصفهان و قرمز آذرشهر با متوسط شاخص تحمل به تنش بالا (حدود 60%) (شکل 2-B) شیب کاهش عملکرد کمتر از 10 درصد داشتند که نشان‌دهنده تحمل بالاتر این ارقام به شوری است.

اثر سطوح شوری بر میزان کلروفیل a، b و کل و کاروتنوئیدها در رقم‌های پیاز خوراکی با تحمل به شوری متفاوت (متحمل، نیمه‌متحمل و حساس) نشان داد که کلروفیل a و b و کلروفیل کل و کاروتنوئیدها در تمامی رقم‌ها با افزایش سطوح شوری کاهش معنی‌دار داشت، اما این کاهش در میزان شاخص‌های ذکرشده در تمامی رقم‌ها یکسان نبود و با افزایش حساسیت به تنش شوری بیشتر شد که نتایج به ‌دست‌ آمده با یافته‌های Khodadadi (2002)، Faghfourian و Taheri (2013) و Jamshidvand و همکاران (2013) در مورد کلروفیل a و b و کلروفیل کل با نتایج گزارش‌شده توسط Gomathi و Rakkiyap (2011)، Ashraf و Harris (2013) و Parida و Das (2005) درباره کاروتنوئیدها مطابقت دارد. همچنین، با نتایج دیگر محققین که اظهار داشتند شدت کاهش رنگیزه‌های فتوسنتزی به میزان حساسیت به شوری رقم و گیاه مورد نظر بستگی دارد، درباره کلروفیل برگ (Akram and Ashraf, 2011; Khan et al., 2009) و کاروتنوئیدها (Gomathi and Rakkiyap, 2011) هم‌سو است. گزارش ‌شده است که سدیم باعث تخریب کلروفیل می‌شود و محتوای کلروفیل و کاروتنوئید برگ تحت تأثیر تنش شوری کاهش می‌یابد (Parida and Das, 2005; Ashraf and Harris, 2013). همچنین، کاهش میزان کلروفیل می‌تواند به‌علت تغییر مسیر متابولیسم نیتروژن به سمت ساخت ترکیباتی مانند پرولین باشد که در تنظیم اسمزی به‌کار می‌رود (Movahhedi Dehnavi et al., 2017). هرچند تنش شوری میزان رنگیزه‌های را کاهش می‌دهد، اما این میزان کاهش بستگی به تحمل گونه گیاهی نیز خواهد داشت (Ashraf and Harris, 2013). برخی پژوهشگران کلروفیل را به‌عنوان شاخصی برای تحمل به شوری معرفی می‌کنند. درحالی‌که در بسیاری از پژوهش‌ها همبستگی معنی‌داری بین تحمل به شوری و میزان کلروفیل مشاهده نشده است (Gomathi and Rakkiyap, 2011; Ashraf and Harris, 2013).

نتایج به‌ دست ‌آمده درباره اثر سطوح شوری بر میزان پرولین نشان داد که در تمامی رقم‌ها با افزایش سطوح شوری میزان پرولین افزایش معنی‌دار دارد که با نتایج تحقیقات Khodadadi (2002) و Malik و همکاران (1982) درباره پیاز خوراکی همسو است و با نتایج گزارش‌شده توسط Arvin و Kazemipour (2001) که مشاهده کردند میزان پرولین در برخی رقم‌های پیاز خوراکی تحت تنش شوری کاهش می‌یابد، مغایرت داشت. اطلاعات زیادی مبنی بر تجمع پرولین به‌عنوان پاسخ فیزیولوژیک رایج در بسیاری از گیاهان پرورش‌یافته در شرایط تنش‌های مختلف محیطی وجود دارد (Ashraf and Harris, 2004; Parida and Das, 2005). نقش پرولین در افزایش تحمل به تنش‌ها، در پژوهش‌های بسیاری گزارش شده است، ولی در استفاده از آن به‌عنوان شاخص تحمل، گزارش‌های ضدونقیضی وجود دارد (Arvin and Kazemipour, 2001). گیاهان راهکار‌های مختلفی ازجمله مکانیسم‌های بیوشیمیایی را برای کاهش اثرات تنش شوری بر رشد ایجاد کرده‌اند (Arzani and Ashraf, 2016). برای مثال پرولین می‌تواند به‌عنوان حلال سازگار، محافظ اسمزی و یک محافظ برای آنزیم‌های سیتوزولی و اندامک‌های سلولی عمل کند. علاوه‌براین، پرولین می‌تواند منبع کربن و نیتروژن، تثبیت‌کننده غشاء و تسریع‌کننده برای رادیکال‌های آزاد (Verbruggen and Hermans, 2008) باشد. اگرچه برخی از محققین نشان داده‌اند که تحمل شوری در بسیاری از گونه‌های گیاهی با تجمع پرولین همراه است (Arzani and Ashraf 2016; Bazrafshan and Ehzanzadeh, 2016) ، اما برخی دیگر از محققان نیز نشان داده‌اند که تجمع پرولین فقط در واکنش به تنش شوری است و در تنش شوری رقم‌های حساس مقدار بیشتری از پرولین را در مقایسه با ژنوتیپ‌های مقاوم به شوری در خود جمع می‌کنند (Poustini et al., 2007; Bavei et al., 2011) که با یافته‌های تحقیق حاضر مطابقت دارد. احتمالاً در گیاه پیاز نیز در مواجهه با تنش میزان پرولین افزایش می‌یابد و نشان‌دهنده شدت تنش است، به‌طوری‌که بیشترین میزان افزایش پرولین در رقم‌های حساس (بهبهان و کرج) مشاهده شد.

نتایج به ‌دست ‌آمده از این پژوهش نشان داد که شوری در سطوح پایین (7/3 دسی‌زیمنس بر متر) موجب افزایش و در سطوح بالا (1/6، 5/8 و 11 دسی‌زیمنس بر متر) کاهش میزان فنل کل در پیاز خوراکی می‌شود که با نتایج Falcinelli و همکاران (2017) هم‌سو است. Falcinelli و همکاران (2017) مشاهده کردند که شوری در ابتدا موجب افزایش میزان ترکیبات فنلی در گیاه گندم شد، ولی در سطوح بالای شوری میزان ترکیبات فنلی کاهش یافت و در میان رقم‌ها تفاوت‌هایی مشاهده شد، به‌طوری‌که رقم حساس‌تر میزان افزایش کمتری در فنل کل نشان داد. تفاوت در میزان ترکیبات فنلی در رقم‌های مختلف تحت تنش شوری می‌تواند ناشی از تفاوت در میزان حساسیت به شوری در ارقام، میزان شوری و مرحله رشدی گیاهان باشد (Kim et al., 2008; Falcinelli et al., 2017). فنل‌ها ترکیبات آنتی‌اکسیدان نیرومندی در بافت‌های گیاهی تحت شرایط شوری هستند. این ترکیبات به‌علت ساختار اسکلتی نیز نقش مهمی در از بین بردن رادیکال‌های آزاد اکسیژن تولیدی در شرایط تنش شوری خواهند داشت. به‌این‌ترتیب، ساختارهای سیتوپلاسمی و کلروپلاسمی را از تأثیرات منفی شوری محافظت کرده و همچنین، با جلوگیری از عمل لیپوکسیژناز از اکسیداسیون لیپیدها جلوگیری می‌کند (Mohamed and Aly, 2008).

نتایج این تحقیق نشان داد که قندهای محلول در سطوح پایین شوری در تمامی رقم‌ها افزایش و سپس با افزایش بیشتر شوری روند کاهشی داشتند، اما این روند کاهش بستگی به میزان تحمل رقم‌ها متفاوت بود، به‌طوری‌که با افزایش تحمل روند کاهش کندتر و برعکس با کاهش میزان تحمل به شوری روند کاهش قندهای محلول شدیدتر بود. Arvin و Kazemipour (2001) بیان داشتند که میزان قند در برگ‌‌های پیاز در رقم‌های مختلف تفاوت معنی‌داری داشته و افزایش و یا کاهش قند تحت تأثیر تنش از الگوی خاصی پیروی نکرده است. این محققین میزان تحمل رقم‌ها را در پژوهش خود مشخص نکرده بودند و تنها از یک سطح شوری (45 میلی‌مولار کلرید سدیم) استفاده کرده بودند. احتمالاً این تفاوت ناشی از میزان تحمل رقم‌ها بوده است. در پژوهش حاضر نیز میزان قندهای محلول در شوری 1/6 دسی‌زیمنس بر متر در رقم‌های متحمل بالاتر از میزان شاهد بود، ولی در رقم‌های حساس کمتر از شاهد بود که از این نظر با نتایج پژوهش Arvin و Kazemipour (2001) مطابقت دارد، ولی با یافته‌های Malik و همکاران (1982) که گزارش کردند شوری موجب افزایش قندها در رقم‌های مختلف پیاز می‌گردد، همسو نیست. پژوهشگران افزایش قندهای محلول را در گیاهان تحت تنش را گزارش کرده‌اند و اظهار نموده‌اند که این افزایش ناشی از افزایش تجزیه کربوهیدرات‌های نامحلول، سنتز مواد اسمزی از مسیرهای غیر فتوسنتزی، توقف رشد، کاهش سرعت انتقال مواد و افزایش سنتز ساکارز به‌علت فعال‌سازی آنزیم ساکارز فسفر‌سنتاز است (Oliveira- Neto et al., 2009). پژوهش‌ها نشان می‌دهد که در شرایط تنش میزان قندهای محلول افزایش می‌یابد و تجمع قندهای محلول در این شرایط به تنظیم اسمولاریته درون سلول‌های گیاه کمک می‌کند و موجب حفظ و نگهداری مولکول‌های زیستی و غشاها، ذخیره مواد کربنی و خنثی کردن رادیکال‌های آزاد می‌گردد ((Parida and Das, 2005). تفاوت در میزان قندهای محلول در رقم‌های مختلف می‌تواند ناشی از تفاوت در توانایی ارقام در تعدیل اسمزی باشد که ارقام متحمل‌تر با تجمع و نگهداری بیشتر قندهای محلول تنظیم اسمزی بهتری داشته و فشار تورگر لازم برای رشد در شرایط شوری را بهتر حفظ می‌کنند (Nemati et al., 2011). همچنین، کاهش قندها در سطوح بالای شوری می‌تواند به‌علت مصرف قندها در سنتز متابولیت‌های دیگر مانند پرولین باشد (Movahhedi Dehnavi et al., 2017).

نتایج به‌ دست‌ آمده درباره اثر سطوح شوری بر میزان پروتئین نشان داد که در رقم‌های متحمل میزان پروتئین افزایش و در ارقام نیمه‌متحمل و حساس کاهش یافت و شدت کاهش در رقم‌های حساس بیشتر بود. دمیرال و تورکان در گزارش خود عنوان نمودند که محتوای پروتئین‌های محلول کل در ژنوتیپ تحمل‌کننده شوری افزایش یافت، درحالی‌که در نوع حساس به شوری کاهش یافت (Demiral and Türkan, 2006) که با نتایج تحقیق حاضر همسو است. همچنین، نتایج این پژوهش با نتایج Arvin و Kazemipour (2001) که گزارش کردند میزان پروتئین در برخی رقم‌های پیاز خوراکی تحت تنش شوری به‌صورت افزایش و در برخی به‌صورت کاهشی بوده است، هم‌سو است. ازجمله رویدادهای مهم بیوشیمیایی در گیاهان تحت تنش شوری تغییراتی به‌صورت کاهش و یا افزایش پروتئین در گیاه بیان ‌شده است (Arvin and Kazemipour, 2001). با‌توجه‌به گزارش‌های یاد شده می‌توان چنین نتیجه گرفت که سنتز پروتئین با درجه تحمل ژنوتیپ گیاه مرتب است (Demiral and Türkan, 2006). تنش‌های غیرزیستی معمولاً موجب عملکرد ناقص پروتئین‌ها می‌شوند ((Joseph and Jini, 2010. تنش شوری سبب تغییرات کمّی و کیفی در میزان پروتئین‌های محلول سلول می‌شود. پروتئین‌هایی که در گیاهان طی تنش شوری افزایش می‌یابند، ممکن است شکل ذخیره‌ای از نیتروژن باشند که بعداً مورد استفاده گیاه قرار می‌گیرند یا ممکن است در تطابق اسمزی نقش داشته باشند. همچنین، ممکن است موجب مصرف مجدد آنها برای سنتز پروتئین‌های شبه اسموتین یا پروتئین‌های ساختاری گردند، یا سبب تغییر ساختار دیواره سلولی شوند. این پروتئین‌ها ممکن است در پاسخ به تنش شوری سنتز شوند یا به‌صورت ساختاری در غلظت‌های اندک وجود داشته باشند (Parvaiz and Satyawati, 2008).

نتایج همبستگی بین ویژگی‌های بیوشیمیایی اندازه‌گیری شده با شاخص تحمل به تنش پیاز خوراکی نشان داد که رنگیزه‌های فتوسنتزی و فنل کل، قندهای محلول و پروتئین همبستگی مثبت و بسیار بالاو پرولین همبستگی منفی و بسیار معنی داری با شاخص تحمل به تنش داشتند، از این شاخص‌ها می‌توان برای گزینش رقم‌های متحمل به شوری استفاده نمود.

جمع‌بندی

لازمه بهبود مقاومت به تنش شوری داشتن درک درستی از فیزیولوژی کل گیاه در مقابل تنش است. هنگامی‌که غربال‌گری برای اجزای تشکیل‌دهنده صفات پیچیده انجام می‌گیرد، معیارهای فیزیولوژیک قادر به تأمین اطلاعات بیشتری نسبت به شاخص‌های زراعی و یا ارزیابی بصری است. در این پژوهش به‌وضوح تفاوت در برخی ویژگی‌های بیوشیمیایی در رقم‌های پیاز خوراکی با تحمل به شوری متفاوت مشاهده شد. همچنین، همبستگی بالایی بین ویژگی‌های اندازه‌گیری‌شده با شاخص تحمل به تنش در پیاز خوراکی به دست آمد که خود گواهی بر مؤثر بودن برخی شاخص‌های بیوشیمیایی برای ارزیابی تحمل به شوری در ارقام مختلف است. در کل رنگیزه‌های فتوسنتزی و میزان قندهای محلول به نظر شاخصی مناسب برای تفکیک و گزینش ارقام از نظر تحمل و حساسیت به شوری است. به‌عبارت‌دیگر، رقم‌های متحمل به شوری در پیاز خوراکی با داشتن مکانیسم‌هایی که باعث حفظ رنگیزه‌های فتوسنتزی و تعدیل اسمزی بهتر می‌گردد، قادر به تحمل بیشتر تنش شوری هستند.

تشکر و قدردانی

این پژوهش با مساعدت معاونت پژوهشی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان انجام شده است. بنابراین بدین وسیله از ایشان سپاسگزاری می‏شود.