ارزیابی مقاومت و پاسخ بیوشیمیایی ارقام مختلف جو در برهمکنش با نماتد ریشه گرهی (Meloidogyne incognita)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی، گروه گیاهپزشکی

2 گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی. دانشگاه فردوسی

3 دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

نماتد (Meloidogyne incognita) شناخته شده‌ترین نماتد ریشه‌گرهی است که بیش از 2000 گونه‌ی میزبانی دارد. در مدیریت نماتد‌ها، استفاده از ارقام مقاوم به دلیل سازگاری با محیط زیست، صرفه‌ی اقتصادی و گاهاً عدم امکان پیاده سازی سایر روش‌ها در کشور‌های در حال توسعه، از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. از این رو، ارزیابی مقاومت گیاه مهم اقتصادی جو (Hordeum vulgare) جهت جلوگیری از ایجاد خسارت و نیز بررسی برخی تعاملات نماتد با این گیاه ضروری می‌نماید. طی این پژوهش، به ارزیابی مقاومت ارقام مختلف جو شامل نیک، نیمروز و زرجو بر پایه‌ی فاکتور‌های رشدی گیاه (طول، وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه) و تولید مثلی نماتد (تعداد گال و توده‌ی تخم در ریشه، تعداد تخم در تود‌ه‌ی تخم، تعداد لارو‌های سن دو در خاک ، جمعیت نهایی نماتد و فاکتور تولید مثلی) در 60 روز پس از مایه‌زنی پرداخته شد. سپس طی آزمون بیوشیمیایی، فعالیت آنزیم‌های سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT) و آسکوربات پراکسیداز (APX) در روز‌های صفر، یک، دو، سه و چهار روز پس از مایه‌زنی اندازه‌گیری شد. ارقام نیک، نیمروز و زرجو با GI بیش از دو و RF کم‌تر از یک به عنوان ارقام بسیار حساس تعیین شدند. بر اساس فاکتور‌های رشدی گیاه، نماتد تاثیر منفی بر طول و وزن اندام هوایی و طول ریشه و تاثیر مثبت بر وزن ریشه داشت. آنزیم SOD در ارقام نیک، نیمروز و زرجو به ترتیب در مقادیر 72/2، 91/1 و 15/2 واحد میلی‌گرم بر پروتئین در روز‌های چهارم، چهارم و سوم پس از مایه‌زنی، فعالیت حداکثری نشان داد. فعالیت آنزیم فوق، در رقم نیک 42/1 و 25/1 برابر فعالیت بیشینه برابر فعالیت بیشینه‌ نیمروز و زرجو تعیین گردید. بین نقاط زمانی صفر، یک و دو با روز‌های سوم و چهارم نمونه آلوده در نیک، اختلاف معنی‌داری (در سطح 05/0) مشاهده گردید. در دو رقم دیگر، فعالیت آنزیم با شیبی ملایم افزایش یافت. آنزیم CAT در ارقام نیک، نیمروز و زرجو در مقادیر 204/0، 09/0 و 11/0 میکرو‌مول بر دقیقه میلی‌گرم پروتئین در روز چهارم پس از مایه‌زنی به پیک رسید. در رقم نیک، برخلاف دو رقم دیگر آنزیم به میزان بیش‌تری افزایش یافته و از روز دو تا چهارم شیب تندی داشت. در گیاهان آلوده‌ی نیمروز، علیرغم افزایش تدریجی آنزیم، اختلاف معنی‌داری بین هیچ یک از روز‌ها یافت نشد. آنزیم APX در مقادیر 26/0، 27/0 و 24/0 میکرو‌مول بر دقیقه میلی‌گرم پروتئین به ترتیب در ارقام نیک، نیمروز و زرجو در روز چهارم به اوج رسید. فعالیت آنزیم نامبرده در سه رقم روند افزایشی داشت. حداکثر فعالیت این آنزیم در نیمروز بوده که به ترتیب 03/1 و 1/1 برابر نیک و زرجو تعیین گردید. در این رقم، روند افزایشی سریع بوده، به گونه‌ای که بین همه نقاط زمانی اختلاف معنی‌دار در سطح 05/0 وجود داشت. احتمالاً نماتد جهت تشکیل سلول غول آسا مانع از انتقال بهینه آب و مواد غذایی به اندام هوایی شده و به دلیل اختلال هورمونی و ایجاد گره، موجب افزایش وزن ریشه شده است. افزایش آنزیم-های فوق در بیش‌تر ارقام، احتمالاً به دلیل نوع برهمکنش با گیاه (سازگاری) و تحمل به تنش اتفاق افتاده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Resistance and Biochemical Responses of Different Barley Cultivars in Interaction with Meloidogyne incognita

نویسندگان [English]

  • میدیا احمدی 1
  • Esmat Mahdikhani Moghadam 2
  • Hamid Rouhani 2
  • Mohsen Mehrvar 3
1 Ferdowsi University of Mashhad, Agriculture Faculty, Plant Pathology Department
2 Plant Protection Department. Agriculture Faculty. Ferdowsi University
3 Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Abstract

Meloidogyne incognita is the most well-known root-knot nematode, with more than 2000 host species. Integrated nematode management is recommended to manage the destructive plant parasitic nematode. Integrated management is generally performed by using the maximum available management methods (at least two methods) and the minimum use of chemical nematicides to bring the pathogen population below the economic threshold. The use of resistant cultivars is of particular importance in integrated management, due to environmental compatibility, economic efficiency, and sometimes the impossibility of implementing other methods in developing countries. Therefore, it is necessary to evaluate the resistance of the important barley plant (Hordeum vulgare) to prevent damage and also to investigate nematode interactions with it. In the current study, the resistance of different barley cultivars (Nik, Nimrouz, and Zarjow) was evaluated based on plant growth factors (length, fresh, and dry weight of aerial part and roots) and nematode reproduction (number of galls and egg mass in root system, number of eggs per egg mass, number of second juveniles in the soil, final population, and reproductive factor) at 60 days post inoculation. Then the activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and ascorbate peroxidase (APX) enzymes was measured on days 0, 1, 2, 3, and 4 days post inoculation. Regarding the mean number of galls, Nik cultivar showed a significant difference compared to Nimroz and Zarjow cultivars (P ≤ 0.05). However, no significant difference was observed between Nimroz and Zarjow cultivars. Based on plant growth factors, M. incognita nematode was found to have a negative effect on aerial part length and weight and a positive effect on root weight. Evaluation of the gall index and nematode reproduction factor (GI ≥ 2, and RF < 1) also showed that the three cultivars are hyper-susceptible and small galls are well formed in them. SOD enzyme in Nik, Nimrouz, and Zarjow showed maximum activity in 2.72, 1.91, and 2.15 U mg-1 protein on the 4, 4, and 3 days post inoculation, respectively. The enzyme in Nik was determined to be 1.42 and 1.25 times higher than Nimrouz and Zarjow. There was a significant difference between 0, 1, and 2 with the 3 and 4 days of the infected samples in Nik (P ≤ 0.05). In the other cultivars, enzyme activity increased with a slight slope. CAT enzyme peaked in Nik, Nimrouz, and Zarjow at 0.204, 0.09, and 0.11 μmol min-1 mg-1 protein on the fourth-day post inoculation. In the Nik cultivar, unlike the other two cultivars, the enzyme increased more and had a steep slope from the second to the fourth day. In infected plants of Nimrouz, despite the gradual increase of enzyme, no significant difference was found between any of the days. APX enzyme peaked at 0.26, 0.27, and 0.24 μmol min-1 mg-1 protein in Nik, Nimrouz, and Zarjow on the fourth day, respectively. The activity of the above enzyme had an increasing trend in three cultivars. The maximum activity of this enzyme was at Nimrouz, which was determined to be 1.03 and 1.1 times higher than Nik and Zarjow, respectively. In this cultivar, the upward trend was rapid, although there was a significant difference between all-time points at the level of 0.05. In the current research, it was found that the invasion of the root-knot nematode M. incognita reduces the growth of length, fresh and dry weight in the aerial part, reduces the length of the root but increases the fresh weight of it. The hallmark of inducing pathogenicity in the sedentary root-knot nematodes is the formation of special feeding cells named giant cells, which requires controlling the expression of host genes and manipulation of plant hormones like auxin and cytokinin hormones. It is obvious that during the invasion of root-knot nematodes and the formation of giant cells, the plant is weakened due to impaired transport of water and nutrients, and the host growth factors, especially in the aerial part, are reduced. However, due to hormonal disorders and formation of galls, the weight of the roots increases. The increase in antioxidant enzymes superoxide dismutase, catalase and ascorbate peroxidase has occurred due to the compatible interaction, as a result of lack of necrosis and programmed cell death and to tolerate stress (nematode invasion).

Keywords: antioxidant enzymes, barley, gall, nematode, resistance

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: antioxidant enzymes
  • barley
  • gall
  • nematode
  • resistance

جلد 36 شماره 4 سال 1401

CAPTCHA Image