fa تأثیر کمبود روی خاک بر پاسخ‌های مورفولوژیک، فعالیت آنزیمی و تغییرات اسیدهای آمینه در ارقام روی-کارا و روی-ناکارای گندم نان (Triticum aestivum L) اصلاح براي تنش هاي زنده و غيرزنده محيطي Special پژوهشي Research <div style="text-align: justify;"><span style="font-family:IRANsharp;"><span style="line-height:2;"><span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">چکیده مبسوط</span></span></b></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">مقدمه و هدف: </span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">گندم نان (</span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">L.</span></span><i><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">Triticum aestivum </span></span></i><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">) به‌عنوان یکی از مهم‌ترین غلات جهان، نقش اساسی در تأمین پروتئین و کالری انسان دارد.<b> </b>کمبود عناصر کم‌مصرف به &lrm;ویژه روی (</span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">Zn</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">)، یکی از چالش‌های جدی در تولید و کیفیت گندم به &lrm;شمار می‌رود. این عنصر به‌عنوان کوفاکتور بسیاری از آنزیم‌ها در فرآیندهای زیستی مهمی از جمله فتوسنتز، متابولیسم نیتروژن، سنتز پروتئین و تنظیم تعادل اکسیداتیو نقش دارد. کمبود روی علاوه بر کاهش عملکرد گیاه، ارزش تغذیه‌ای دانه را نیز کاهش می‌دهد که از دیدگاه سلامت انسانی اهمیت فراوانی دارد. در چنین شرایطی، استفاده از ژنوتیپ‌های گندم با کارایی بالا در جذب و استفاده از روی می‌تواند رویکردی پایدار برای مقابله با این محدودیت باشد. هدف این پژوهش، بررسی اثر کمبود روی خاک بر صفات مورفولوژیک، فعالیت آنزیمی و ترکیب اسیدهای آمینه در ارقام گندم با کارایی متفاوت در جذب و استفاده از روی بود تا امکان شناسایی ژنوتیپ‌های کارا برای به‌کارگیری در برنامه‌های به &lrm;نژادی فراهم شود. </span></span></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">مواد و روش‌ها:</span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> این پژوهش به&lrm; صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه طی پاییز و زمستان سال 1402 اجرا شد. عوامل مورد مطالعه شامل دو سطح روی (عدم مصرف و مصرف پنج میلی‌گرم روی در کیلوگرم خاک از منبع سولفات روی)، هفت رقم گندم (نیک‌نژاد، کویر، امین، ستاره، اوج، سارنگ و فرین) و سه مرحله نمونه‌برداری (رویشی، زایشی و پرشدن دانه) بودند. در این پژوهش، صفات مورفولوژیک شامل ارتفاع بوته، قطر ساقه، طول ریشک، طول و حجم ریشه، وزن تر و خشک ریشه، طول و قطر سنبله، تعداد دانه در سنبله، تعداد کل سنبله‌ها، وزن کل سنبله‌ها، وزن هزار دانه و عملکرد نهایی اندازه‌گیری ‌شدند. شاخص روی-کارایی جهت شناسایی ارقام روی-کارا و روی- ناکارا محاسبه شد. همچنین، صفات غلظت روی در ریشه، برگ و دانه، غلظت مس در دانه، فعالیت آنزیم‌های سوپراکسید دیسموتاز و آلکالین فسفاتاز و غلظت اسیدهای آمینه ضروری (لیزین، ترئونین، لوسین و ایزولوسین) و غیرضروری (آسپارتیک اسید، آسپاراژین، آرژنین، گلایسین و تیروزین) در ارقام روی-کارا و روی-ناکارا اندازه‌گیری شدند. </span></span></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">یافته‌ها: </span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">بر اساس شاخص روی-کارایی در شاخساره، رقم نیک‌نژاد به‌عنوان روی-کارا و رقم فرین به‌عنوان روی-ناکارا شناسایی شدند. نتایج تجزیه واریانس نشان دادند که اثر کمبود روی بر اغلب صفات مورد بررسی در سطح یک درصد معنی‌دار بود. در شرایط کمبود روی، طول و وزن ریشه، طول سنبله، تعداد دانه در سنبله و عملکرد رقم فرین به‌شدت کاهش یافت، در حالی&lrm;که رقم نیک‌نژاد توانست بخش عمده‌ای از ظرفیت رشدی خود را حفظ کند. غلظت روی در ریشه و دانه رقم نیک‌نژاد در شرایط تنش به‌طور معنی‌داری بیش‌تر از رقم فرین بود، هر چند که تفاوت غلظت روی در شاخساره کم‌تر مشهود بود. همچنین، غلظت مس دانه در رقم ناکارا نسبت به رقم کارا کاهش بیش‌تری نشان داد. بررسی فعالیت آنزیمی نشان داد که کمبود روی سبب کاهش فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در هر دو رقم شد، اما فعالیت این آنزیم در رقم نیک‌نژاد به‌طور قابل توجهی بالاتر بود. </span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt">فعالیت</span> <span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">آنزیم آلکالین فسفاتاز در برگ رقم نیک‌نژاد تحت شرایط کمبود روی افزایش یافت، در حالی که تغییر معنی‌داری در ریشه مشاهده نشد. کمبود روی سبب کاهش غلظت اسیدهای آمینه ضروری (لیزین، ترئونین، لوسین و ایزولوسین) و غیرضروری (آسپارتیک اسید، آرژنین، گلایسین و تیروزین) در رقم نیک‌‌نژاد شد، به‌عنوان مثال، غلظت لیزین و ترئونین در شرایط روی کافی به &lrm;ترتیب 13/76 و 11/55 میلی‌گرم بر گرم بود، که در شرایط کمبود به 9/76 و 9/52 میلی‌گرم بر گرم کاهش یافت. </span></span></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">نتیجه‌گیری: </span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">نتایج نشان دادند که رقم نیک‌نژاد (روی-کارا) توانایی بالاتری در سازگاری به کمبود روی نسبت به رقم فرین (روی- ناکارا) داشت. رقم نیک‌نژاد توانست رشد ریشه و سنبله، تعداد دانه در سنبله و عملکرد را حتی تحت شرایط کمبود روی حفظ کند، در حالی&lrm;که رقم فرین کاهش معنی‌داری در این صفات نشان داد. فعالیت آنزیم‌های سوپر اکسید دیسموتاز و آلکالین فسفاتاز در برگ و ریشه رقم روی-کارا حفظ یا افزایش یافت که بیانگر توانایی بهتر در حفظ تعادل اکسیداتیو و بهبود استفاده از روی است، در حالی&lrm;که رقم ناکارا کاهش فعالیت این آنزیم‌ها را نشان داد. همچنین، غلظت روی در ریشه و غلظت روی و مس در دانه رقم روی-کارا بالاتر بود و این نشان‌دهنده کارایی بالاتر جذب، انتقال و توزیع مجدد این عناصر غذایی در این ارقام است. همچنین، مطالعه اسیدهای آمینه نشان داد که کمبود روی موجب کاهش غلظت اسیدهای آمینه در دانه رقم نیک‌نژاد شد. به&lrm; طور کلی، یافته‌های این پژوهش نشان می&lrm; دهند که انتخاب ارقام روی-کارا می‌تواند یک راهبرد مؤثر برای مقابله با کمبود روی در خاک باشد. این ارقام علاوه بر افزایش پایداری عملکرد در شرایط تنش کمبود روی، کیفیت تغذیه‌ای دانه را نیز بهبود می‌بخشند و می‌توانند به‌عنوان منابع ارزشمند ژنتیکی در برنامه‌های به نژادی و توسعه ارقام جدید گندم مورد استفاده قرار گیرند. </span></span></span></span></span></span></span></div> <div style="text-align: justify;"><span style="font-size:14px;"><span style="font-family:Times New Roman;"><span style="line-height:2;"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span style="color:black">Extended Abstract</span></b></span><br> <span style="unicode-bidi:embed"><b>Background<span style="color:black">: </span></b><span style="color:black">Bread wheat (<i>Triticum aestivum</i> L.), as one of the most important cereal crops worldwide, plays a fundamental role in providing both protein and calories for humans. However, the deficiency of micronutrients, particularly zinc (Zn), is recognized as one of the most serious challenges in wheat production and grain quality. Zinc functions as a cofactor for numerous enzymes and has a pivotal role in many essential biological processes, including photosynthesis, nitrogen metabolism, protein synthesis, and regulation of oxidative balance. Zn deficiency not only reduces crop yield but also limits the nutritional value of wheat grains, which adds to its importance from the perspective of human health and global food security. In this context, the exploitation of wheat genotypes with higher efficiency in zinc uptake and utilization can be considered a sustainable strategy to mitigate these limitations. Therefore, the present study was conducted to investigate the effects of soil Zn deficiency on morphophysiological traits, enzyme activities, and amino acid compositions in wheat genotypes with contrasting zinc efficiency to identify the underlying mechanisms of their differences and provide a basis for selecting efficient genotypes to be used in breeding programs.</span></span><br> <span style="unicode-bidi:embed"><b><span style="color:black">Methods:</span></b> <span style="color:black">This study was conducted using a factorial design in a completely randomized layout with three replications in the greenhouse of the Faculty of Agriculture, Urmia University, in autumn and winter 2023&ndash;2024. Factors included two zinc levels (no zinc application and 5 mg Zn kg⁻&sup1; soil from zinc sulfate), seven wheat cultivars (Niknejad, Kavir, Amin, Setareh, Owj, Sarang, and Farin), and three sampling stages (vegetative, reproductive, and grain-filling). The measured traits included plant height, stem diameter, awn length, root length and volume, root fresh and dry weight, spike length and diameter, grains per spike, total number of spikes, total spike weight, thousand-grain weight, and final grain yield. The shoot zinc efficiency index was calculated to identify Zn-efficient and Zn-inefficient cultivars. Additionally, zinc concentrations in roots, leaves, and grains, copper concentration in grain, activities of superoxide dismutase (SOD) and alkaline phosphatase(ALP), and concentrations of essential (lysine, threonine, leucine, and isoleucine) and non-essential (aspartic acid, asparagine, arginine, glycine, and tyrosine) amino acids were determined in both efficient and inefficient genotypes. Data were analyzed using SAS software, and means were compared with Duncan&rsquo;s multiple range test.</span></span><br> <b><span style="color:black">Results: </span></b><span style="color:black">Based on the shoot zinc efficiency index, Niknejad was identified as the most Zn-efficient, while Farin was classified as the least Zn-inefficient. Analysis of variance showed that Zn deficiency significantly affected most traits at the 1% probability level. Root length and weight, spike length, grains per spike, and yield of Farin were severely reduced under Zn deficiency, whereas Niknejad maintained its growth potential. Zinc concentrations in roots and grains of Niknejad under stress were significantly higher than those in Farin, whereas differences in shoot zinc levels were less pronounced. Grain copper concentration declined more sharply in the inefficient cultivars compared to the efficient ones. Enzyme activity analysis revealed that Zn deficiency decreased SOD activity in both cultivars, but Niknejad maintained significantly higher activity. The activity of alkaline phosphatase increased in the leaves of Niknejad under Zn deficiency, while no significant changes were observed in the roots of the cultivars. Amino acid analysis showed a reduction in both essential (lysine, threonine, leucine, and isoleucine) and non-essential (aspartic acid, arginine, glycine, and tyrosine) amino acids under Zn deficiency. For example, lysine and threonine concentrations in Niknejad under Zn </span><span style="unicode-bidi:embed"><span style="color:black">sufficiency conditions were 14.8 and 11.5 mg g⁻&sup1;, respectively, which decreased to 9.7 and 9.5 mg g⁻&sup1; under deficiency conditions.</span></span><br> <span style="unicode-bidi:embed"><b><span style="color:black">Conclusion: </span></b><span style="color:black">The results showed the higher ability of the Niknejad cultivar (Zn-efficient) to adapt to Zn deficiency compared to the Farin cultivar (Zn-inefficient). The Niknejad cultivar was able to maintain root and spike growth, the number of grains per spike, and yield even under Zn deficiency conditions, while the Farin cultivar exhibited a significant reduction in these traits. Studying the activity of SOD and ALP enzymes in leaf and root indicated that the Zn-efficient cultivar, through increasing the activity of these enzymes, could sustain oxidative balance and improve Zn utilization, whereas the Zn-inefficient cultivar, under the influence of Zn deficiency, faced a reduction in enzyme activity. Furthermore, zinc concentration in the root and zinc and copper concentrations in the grain of the Zn-efficient cultivar were higher, demonstrating a higher efficiency in the uptake, translocation, and remobilization of nutrients in these cultivars. In addition, the study of amino acids revealed that zinc deficiency led to a reduction in the concentrations of both essential and non-essential amino acids in the grain of the Niknejad cultivar. In total, the findings of this research indicate that the selection of Zn-efficient cultivars can be an effective strategy for coping with Zn deficiency in soil. These cultivars, in addition to enhancing yield stability under Zn deficiency stress, also improve the nutritional quality of the grain and can be utilized as valuable genetic resources in breeding programs and in the development of new wheat cultivars.</span></span></span></span></span><br> &nbsp;</div> آلکالین فسفاتاز, اسید آمینه, روی-کارایی, سوپراکسید دیسموتاز, عناصر کم‌مصرف, گندم نان Alkaline phosphatase, Amino acid, Bread wheat, Micronutrients, Superoxide dismutase, Zinc efficiency 129 145 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-378-9&slc_lang=fa&sid=1 Samaneh Yari Kamelabad سمانه یاری کامل آباد yarisama.71@gmail.com 100319475328460027497 100319475328460027497 No Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران Babak Abdollahi Mandoulakani بابک عبدالهی مندولکانی b.abdollahi@urmia.ac.ir 100319475328460027498 100319475328460027498 Yes Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران