Η ΑΝΤΟΧΗ ΥΠΟΚΕΙΜΕΝΩΝ ΤΩΝ ΕΣΠΕΡΙ ΟΕΙ ΩΝ ΣΤΗ ΧΛΩΡΩΣΗ ΣΙ ΗΡΟΥ ME BAΣΗ ΤΙΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΕ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ. Άρτα

Transcript

1 Η ΑΝΤΟΧΗ ΥΠΟΚΕΙΜΕΝΩΝ ΤΩΝ ΕΣΠΕΡΙ ΟΕΙ ΩΝ ΣΤΗ ΧΛΩΡΩΣΗ ΣΙ ΗΡΟΥ ME BAΣΗ ΤΙΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΕ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ Β. Χουλιάρας 1, Ι. Θεριός 1, Αθ. Κορκόβελος 2, Αικ. Κουτσουβέλη 3, Β. Λεβέντης 4,. Χριστοδουλόπουλος 3, Σταυρ. Μέντη 3 και Θ. Κορέτση 5 1 Εργ. ενδροκοµίας, Τµήµα Γεωπονίας, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 2 Εργ. Γενετικής Βελτίωσης Φυτών, Τµήµα Γεωπονίας Φυτικής Παραγωγής και Αγροτικού Περιβάλλοντος, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας, Ν. Ιωνία Μαγνησίας, Βόλος 3 Τµήµα Φυτικής Παραγωγής, ΤΕΙ Ηπείρου, Κωστακιοί Άρτα 4 Τµήµα Ανθοκοµίας και Αρχιτεκτονικής Τοπίου, ΤΕΙ Ηπείρου, Κωστακιοί Άρτα 5 Τµήµα Zωϊκής Παραγωγής, ΤΕΙ Ηπείρου, Κωστακιοί Άρτα Περίληψη Σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν η αξιολόγηση των υποκειµένων εσπεριδοειδών Citrus aurantium ( Νεραντζιά), Poncirus trifoliata x C. paradisi (Swingle Citrumelo), C. taiwanica και C. volkameriana µε βάση τις µεταβολές σε φυσιολογικές και βιοχηµικές παραµέτρους κατά την επίδραση της έλλειψης σιδήρου (είτε από την απουσία Fe από το θρεπτικό διάλυµα Hoagland, είτε µε την προσθήκη στο θρεπτικό διάλυµα CaCO 3 και NaHCO 3 ). Η χαµηλή προσθήκη σιδήρου στο διάλυµα Hoagland (0.3 ppm) προκάλεσε υψηλότερες τιµές στην αναγωγική ικανότητα των ριζών και στην οξίνιση της ριζόσφαιρας από κάθε άλλη επέµβαση και στα τέσσερα υποκείµενα, ενώ οι επεµβάσεις της προσθήκης των ανθρακικών αλάτων και της απουσίας σιδήρου προκάλεσαν πιο υψηλές τιµές στις προαναφερθείσες φυσιολογικές παραµέτρους από τις αντίστοιχες του µάρτυρα (κανονική χορήγηση σιδήρου; 1.2 ppm Fe). Σηµαντική χλώρωση της επιφάνειας των φύλλων (βαθµός 2.5 µε µέγιστη τιµή το 5) συσχετίστηκε µε ενεργότητα των ολικών υπεροξειδασών και της καταλάσης µικρότερη των 4.5 και 14.5 µονάδων / γρ.ν.β. αντίστοιχα. Παρατηρήθηκαν στατιστικά σηµαντικές µεταβολές στις φυσιολογικές και βιοχηµικές παραµέτρους µεταξύ των τεσσάρων υποκειµένων των εσπεριδοειδών, στην ίδια επέµβαση και µεταξύ των επεµβάσεων. Με βάση τις µεταβολές στις φυσιολογικές και βιοχηµικές παραµέτρους που υπολογίστηκαν στα τέσσερα υποκείµενα που εξετάστηκαν στην παρούσα έρευνα, η Νεραντζιά χαρακτηρίζεται ως το πιο ανθεκτικό υποκείµενο στην χλώρωση σιδήρου ακολουθούµενo από το C. taiwanica, ενώ τα υποκείµενα C. volkameriana και Swingle Citrumelo χαρακτηρίζονται ως ευαίσθητα, µε σχετική υπεροχή του υποκειµένου C. volkameriana. Εισαγωγή Η χλώρωση σιδήρου σε ασβεστούχα εδάφη είναι βασικό και παγκοσµίως διαδεδοµένο πρόβληµα στα εσπεριδοειδή (Chouliaras κ.α., 2004a). Η κυριότερη µέθοδος αντιµετώπισης της χλώρωσης σιδήρου είναι η χρήση ανθεκτικών υποκειµένων (Νεραντζιά στη Μεσογειακή ζώνη και C.taiwanica στην Άπω Ανατολή). Το υποκείµενο Swingle Citrumelo (P. trifoliata x C.paradisi) προκαλεί αντοχή των εµβολίων των εσπεριδοειδών στους παγετούς και προσδίδει αντοχή στην ίωση tristeza, υποφέρει όµως από τη χλώρωση σιδήρου σε εδάφη µε ενεργό CaCO 3 υψηλότερο του 5% (Βασιλακάκης και Θεριός, 2006). Το είδος C. volkameriana θεωρείται καλό

2 υποκείµενο ως προς την απόδοση και ποιότητα της λεµονιάς και ανθεκτικό στη χλώρωση Fe σε ασβεστούχα εδάφη (Castle κ.α., 2009). O σίδηρος είναι συστατικό των µεταλλοενζύµων καταλάση και πολλών ισοµορφών υπεροξειδασών (Valenzuela κ.α., 1992), εκτός από µία ισοµορφή υπεροξειδασών που περιέχει µαγγάνιο (Κuan και Tien, 1993). Σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν να διερευνηθεί η αξιολόγηση των υποκειµένων των εσπεριδοειδών Νεραντζιά, C. taiwanica, C.volkameriana και Swingle Citrumelo µε βάση τις µεταβολές σε φυσιολογικές και βιοχηµικές παραµέτρους, σε συνθήκες έλλειψης σιδήρου. Υλικά & Mέθοδοι Αυτόρριζα σπορόφυτα ηλικίας ενός έτους των υποκειµένων C. aurantium (Νεραντζιά), C. taiwanica, C. volkameriana και Swingle Citrumelo (Poncirus trifoliata x C. paradisi) φυτεύθηκαν σε µείγµα άµµου : περλίτη 1:1 και τοποθετήθηκαν σε θερµαινόµενο θερµοκήπιο κάτω από οµοιόµορφες συνθήκες θερµοκρασίας και φωτισµού, από το Μάρτιο ως τον Ιούνιο (16 εβδοµάδες) του έτους Η θερµοκρασία σε όλη τη διάρκεια του πειράµατος κυµαινόταν από o C. Το πείραµα περιελάµβανε 4 χειρισµούς/επεµβάσεις σιδήρου ανά υποκείµενο µε 7 φυτά (επαναλήψεις ανά επέµβαση) και τα φυτά ποτίζονταν κάθε δύο ηµέρες µε 100 ml διαλύµατος Hoagland (No.2) 50% ως προς τα µακροστοιχεία και τα ιχνοστοιχεία, εκτός του Fe. Το πείραµα περιελάµβανε τις εξής επεµβάσεις σιδήρου: (1) 1.2 ppm Fe (2) 0.3 ppm Fe (3) 0 ppm Fe (4) 0.6 ppm Fe, 0.5g/l CaCO 3, 10mM NaHCO 3 Προσδιορίστηκαν και µετρήθηκαν οι παρακάτω φυσιολογικές και βιοχηµικές παράµετροι: α) ο βαθµός χλώρωσης των φύλλων των τεσσάρων υποκειµένων των εσπεριδοειδών σε κλίµακα 0-5 σύµφωνα µε τους Loeppert κ.α., 1988, Shi κ.α., 1993). β) Aναγωγική ικανότητα ρίζας και οξίνιση της ριζόσφαιρας στα τέσσερα υποκείµενα Η αναγωγική ικανότητα της ρίζας και η οξίνιση της ριζόσφαιρας των τεσσάρων υποκειµένων υπολογίστηκαν στο τέλος του πειράµατος όπου παρουσιάζονται οι µέσοι όροι 5 σποροφύτων (επαναλήψεων), σύµφωνα µε τη µεθοδολογία που ακολουθήθηκε από τους Welch κ.α. (1993) και Chouliaras κ.α. (2004b). γ) Προσδιορισµός της ενεργότητας των ολικών υπεροξειδασών και της καταλάσης στα νεαρά φύλλα (φύλλα κορυφής) Η διαδικασία συγκοµιδής των δειγµάτων και της εκχύλισης τους και ο προσδιορισµός της ενεργότητας των ολικών υπεροξειδασών και της καταλάσης πραγµατοποιήθηκαν σύµφωνα µε τη διαδικασία που περιγράφεται από τους Ngo και Lenhoff (1980) και Wang (1995) αντιστοιχα, στο τέλος του πειράµατος, στα νεαρά φύλλα 7 σποροφύτων (επαναλήψεις/χειρισµό). δ) Προσδιορισµός της περιεκτικότητας των ανόργανων στοιχείων ενεργός Fe και διαλυτό Mn στα νεαρά φύλλα των τεσσάρων υποκειµένων Η µέτρηση της περιεκτικότητας των ανόργανων στοιχείων ενεργός Fe και διαλυτό Mn πραγµατοποιήθηκε µε τη µέθοδο της ατοµικής φασµατοφωτοµετρίας, έπειτα από ξήρανση, άλεσµα και παραλαβή των φύλλων µε HCl 1Ν, σύµφωνα µε τους Guzman κ.α, 1986).

3 Η στατιστική ανάλυση έγινε µε τη µέθοδο ΑΝΟVA για 4 (επεµβάσεις) x 4 (υποκείµενα) x 7 (επαναλήψεις) και το κριτήριο Duncan για Ρ<0.05. Τα πολυπαραγοντικά µοντέλα που παρουσιάζουν τη συνεπίδραση του ενεργού Fe και του διαλυτού Mn στην ενεργότητα των ολικών υπεροξειδασών στα νεαρά φύλλα, έγιναν µε το στατιστικό πρόγραµµα SPSS για Ρ< 0,01. Aποτελέσµατα & Συζήτηση Έλλειψη σιδήρου προκαλούµενη είτε από την απουσία του από το θρεπτικό διάλυµα Hoagland, είτε µε την προσθήκη στο θρεπτικό διάλυµα CaCO 3 και NaHCO 3 προκάλεσε σηµαντικές µεταβολές στην αναγωγική ικανότητα των ριζών και στην οξίνιση της ριζόσφαιρας σε νεαρές µη ξυλοποιηµένες ρίζες στα υποκείµενα εσπεριδοειδών που εξετάστηκαν στην παρούσα έρευνα, σε συµφωνία µε τη διεθνή βιβλιογραφία (Welch κ.α., 1993). Η χαµηλή προσθήκη σιδήρου (0.3 ppm) στο διάλυµα Hoagland προκάλεσε τις υψηλότερες τιµές της αναγωγικής ικανότητας των ριζών και την οξίνιση της ριζόσφαιρας και στα τέσσερα υποκείµενα. Οι άλλες δύο επεµβάσεις που προκάλεσαν χλώρωση σιδήρου έδωσαν χαµηλότερες τιµές στις µεταβλητές αυτές από τις αντίστοιχες της επέµβασης της χαµηλής χορήγησης σιδήρου, αλλά σηµαντικά υψηλότερες από τις αντίστοιχες του µάρτυρα (κανονική χορήγηση σιδήρου : 1.2 ppm Fe). Πίνακας 1. Η επίδραση διαφόρων επεµβάσεων σιδήρου στην αναγωγική ικανότητα των ριζών και στην οξίνιση της ριζόσφαιρας σε τέσσερα υποκείµενα εσπεριδοειδών Υποκείµενο Νεραντζιά Citrus Citrus taiwanica volkam. Επέµβαση Αναγωηική ικανότητα ρίζας Fe (µmol Fe/g.F.w / h) ± 0.053gh* 0.61h 0.52i 0.44j 0.42 ± 0.039* f Citrum. Νερ. Citrus Citrus Citrum taiwan. volkam. Οξίνιση ριζόσφαιρας (µεταβολή ph) 0.37 g 0.31 h 0.30 h a** 1.14bc 1.01d 0.92e 0.69 a 0.63 b 0.59 c 0.54 d ab 1.09c 0.98d 0.79f 0.63 b 0.54 d 0.53 d 0.47 e de 0.95de 0.91e 0.72g 0.57 cd 0.53 d 0.47 e 0.42 f ** οι µέσοι όροι που συνοδεύονται από το ίδιο γράµµα στην αγγλική δεν διαφέρουν στατιστικά σηµαντικά (Duncan test P<0,05). * σταθερό σφάλµα µέσων όρων αναγωγικής ικανότητας ρίζας = * σταθερό σφάλµα µέσων οξίνισης ριζόσφαιρας = 0.039

4 Πίνακας 2. Η επίδραση διαφόρων επεµβάσεων σιδήρου στην ενεργότητα των ολικών υπεροξειδασών και της καταλάσης σε φύλλα κορυφής τεσσάρων υποκειµένων εσπεριδοειδών Υποκείµενο Επέµβαση Fe Ολικές υπεροξειδάσες (U / γ. Ν. β.) καταλάση (U / γ. Ν.Β.) Νερ. C.taiwan C.volk. Citrum Νερ. C.taiw. C.volk. Citrum Νεαρα Φύλλα Νεαρά Φύλλα ± 4.9 a 4.7 bc 4.6 ab 17.1± 16.6 ab 15.6 cd 14.8 ef 0.34*a 1.08 *a a 4.6 bcd 4.3 de 4.1 e 16.2 bc 15.5 d 14.6 fg 14.4 fgh bc 4.4 cde 4.1 e 3.7 f 15.4 de 14.4 fgh 14.0 ghi 13.9 hi bcd 4.3 de 3.6 f 3.2 g 14.4 fgh 13.7 ij 13.4 ij 13.1 j ** οι µέσοι όροι που συνοδεύονται από το ίδιο γράµµα στην αγγλική δεν διαφέρουν στατιστικά σηµαντικά (Duncan test P<0,05). * σταθερό σφάλµα µέσων όρων ενεργότητας ολικών υπεροξειδασών= 0.34 * σταθερό σφάλµα µέσων ενεργότητας καταλάσης = 1.08 Η χλώρωση σιδήρου ως αποτέλεσµα της µη ή χαµηλης προσθήκης Fe στο διάλυµα Hoagland, είτε λόγω της προσθήκης ανθρακικών αλάτων προκάλεσε σηµαντική µείωση στην ενεργότητα των σιδηρο-ενζύµων υπεροξειδάση και καταλάση. Σηµαντική χλώρωση της επιφάνειας των φύλλων (βαθµός 2.5 µε µέγιστη τιµή το 5) συσχετίστηκε µε ενεργότητα ολικών υπεροξειδασών και καταλάσης µικρότερη των 4.5 U / γ.ν.β και 14.5 U / γ.ν.β αντίστοιχα. Παρατηρήθηκαν διαφορές στην ενεργότητα των δύο ενζύµων στα νεαρά φύλλα µεταξύ των επεµβάσεων σιδήρου, καθώς και µεταξύ των τεσσάρων υποκειµένων στην ίδια επέµβαση, όχι όµως πάντοτε στατιστικά σηµαντικές (Πίνακας 2). Πίνακας 3. Η συνεπίδραση του ενεργού σιδήρου και του διαλυτού µαγγανίου στην ενεργότητα των ολικών υπεροξειδασών σε τέσσερα υποκείµενα των εσπεριδοειδών Yποκείµενο Εξίσωση R 2 P Nεραντζιά Prx = -7, ,025 Fe 0,254 Mn 0,956 0,004 C. taiwanica Prx= 30, ,855 Fe 0,266 Mn 0,944 0,003 C. volkameriana Prx = 24,99 + 0,905 Fe 0,223 Mn 0,967 0,007 (Swingle) Citrumelo Prx = 28,89 + 1,004 Fe 0,237 Mn 0,972 0,006 Οι Bar-Akiva κ.α. (1967) είχαν χρησιµοποιήσει την ενεργότητα της υπεροξειδάσης για να διακρίνουν την έλλειψη Fe από την έλλειψη Mn στο γκρέϊπ-φρουτ. Με βάση τα πολυπαραγοντικά µοντέλα που παρουσιάζουν τη συνεπίδραση του ενεργού Fe και του διαλυτού Mn στην ενεργότητα των ολικών υπεροξειδασών στα νεαρά φύλλα των τεσσάρων υποκειµένων εσπεριδοειδών, παρατηρείται ισχυρή θετική συσχέτιση µεταξύ της ενεργότητας των ολικών υπεροξειδασών και του ενεργού Fe και αρνητική µεταξύ της ενεργότητας των ολικών υπεροξειδασών και του διαλυτού Mn (Πίνακας 3), σε συµφωνία µε τα προαναφερθέντα ευρήµατα των Bar-Akiva κ.α. (1967).

5 Σε αντίθεση µε τη διεθνή βιβλιογραφία (Hamze et al., 1986;Castle κ.α., 2009 ), η παρούσα έρευνα δεν επιβεβαίωσε τη µέτρια αλλά και υψηλότερη αντοχή του υποκειµένου C. volkameriana από το υποκείµενο C. taiwanica στη χλώρωση σιδήρου κατά την προσθήκη ανθρακικών αλάτων, ενώ επιβεβαιώθηκε η αντοχή του υποκειµένου Νεραντζιά και η ευαισθησία του υποκειµένου Swingle Citrumelo. H διαβάθµιση της αντοχής στη χλώρωση σιδήρου των τεσσάρων υποκειµένων των εσπεριδοειδών που εξετάστηκαν στην παρούσα εργασία, συνδυάστηκε µε µεταβολές στην αναγωγική ικανότητα ρίζας, την οξίνιση της ριζόσφαιρας, και στην ενεργότητα των ενζύµων καταλάσης και των ολικές υπεροξειδάσες. Οι προαναφερθείσες φυσιολογικές και βιοχηµικές παράµετροι µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως προκαταρτικές δοκιµές αντοχής οποιουδήποτε είδους και υποκειµένου των εσπεριδοειδών στην χλώρωση σιδήρου. Συµπερασµατικά, η Νεραντζιά βρέθηκε ότι είναι το πιο ανθεκτικό υποκείµενο στην χλώρωση σιδήρου, ακολουθούµενο από το C. taiwanica, ενώ τα υποκείµενα C. volkameriana και Swingle Citrumelo βρέθηκαν ευαίσθητα, µε µικρή υπεροχή του υποκειµένου C. volkameriana. Βιβλιογραφία Bar-Akiva A., Kaplan Μ., Lavon R. (1967) The use of biochemical indicator for diagnosing micronutrient deficiencies of grapefruit under field conditions. Agrochimica 11: Βασιλακάκης Μ., Θεριός Ι.Ν. (2006) Μαθήµατα Ειδικής ενδροκοµίας Εσπεριδοειδή, Εκδόσεις Γαρταγάνη. Θεσσαλονίκη Castle W.S., Nunnallee J., Manthey J.A. (2009) Screening Citrus rootstocks and related selections in soil and solution culture for tolerance in low-iron stress. HortScience, 44 : Chouliaras V., Therios I., Molassiotis A. Diamantidis Gr. (2004) Iron chlorosis in grafted sweet orange (Citrus sinensis L.) plants: physiological and biochemical responses. Biologia Plantarum, 48 : Chouliaras V., Dimassi K., Therios I., Molassiotis A., Diamantidis Gr. (2004) Root reducing capacity, rhizosphere acidification, peroxidase and catalase activities and nutrient levels of Citrus taiwanica and C. volkameriana seedlings, under Fe deprivation conditions. Agronomie, 24 : 1-6. Guzman M., Urrestarazu M., Romero L. (1986) Active and total Fe in castanea sativa and their relations to other nutrients. Journal of Plant Nutrition, 9 : Ηamze M., Ryan J., Zaabout M (1986) Screening of Citrus rootstocks for lime-induced chlorosis tolerance. Journal of Plant Nutrition 9: Loeppert RH., Geiger S.C., Hartwig R.C., Morris D.E. (1988) A comparison of indigenous soil factors influencing the Fe deficiency chlorosis of sorghum and soybean in calcareous soils. Journal of Plant Nutrition 11: Ngo T., Lenhoff H.A. (1980) A sensitive and versatile chromogenic assay for peroxidase and peroxidase-coupled reactions. Anal Biochem., 105 : Shi.Y., Byrne D.H., Reed D.W., Loeppert R.H. (1993) Influence of bicarbonate level on iron-chlorosis development and nutrient uptake of the peach rootstock Monclar. Journal of Plant Nutrition 16 : Valenzuela J.L., Sanchez A., del Rio A., Lopez-Cantarero I., Romero I.L. (1992) Influence of plant age on mature leaf iron parameters. Journal of Plant Nutrition 15 :

6 Wang C.Y. (1995) Effect of temperature preconditioning on catalase, peroxidase and superoxide dismutase in chilled zucchini squash. Postharvest Biology and Technology, 5 : Welch RM., Norvell W.A., Shaefer S.C., Shaff J.E., Kochan L.V. (1993) Induction of Iron(III) and copper(ii) reduction in pea (Pisum sativum L.) roots by Fe and Cu status. Does Fe(III)-chelate reductase perform a general role in regulating cation uptake? Planta 190: CITRUS ROOTSTOCK TOLERANCE SCREENING ON FE DEFICIENCY ACCORDING TO DIFFERENCES IN PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL PARAMETERS V. Chouliaras 1, I. Therios 1, A. Korkovelos 2, A. Κoutsouveli 3, V. Leventis 4, D. Christodoulopoulos 3, S. Menti 3 and Th. Κoretsi 5 1 Lab. of Pomology, School of Agronomy, Αristotle Univ., Thessaloniki, Hellas 2 Lab of Genetics and Plant Breeding, School of Agricultural Sciences, Department of Agriculture Crop Production and Rural Environment, Univ. of Thessaly, Ν. Ionia Μagnisias, Volos, Hellas 3 Department of Plant Production, ΤEI of Epirus, Κostakioi, Arta, Hellas 4 Department of Floriculture and Landscape Architecture, ΤΕΙ of Epirus, Κostakioi, Arta, Hellas 5 Department of Animal Production, ΤΕΙ of Epirus, Κostakioi, Arta, Hellas Abstract The aim of the current research was the screening of the Citrus rootstocks (Citrus aurantium (sour orange), Poncirus trifioliata x C. paradisi (Swingle Citrumelo), Citrus taiwanica and C. Volkameriana) according to differences in physiological and biochemical parameters due to Fe deficiency (lack of Fe, either the addition of the bicarbonate salts CaCO 3 and NaHCO 3 in Hoagland nutrient solution). Low Fe application in Hoagland solution (0.3 ppm Fe) caused the highest values in Fereducing capacity in roots and rhizosphere acidification compared to the rest treatments in the four Citrus rootstocks, whereas the addition of the bicarbonate salts and the lack of Fe caused higher values of the above parameters than the control (normal Fe application 1.2 ppm Fe). Substantial leaf chlorosis correlated with U/g.f.w of total peroxidase and catalase activity, respectively. Statistically significant differences were observed at the physiological and biochemical parameters among the four rootstocks within treatment and between treatments. According to the changes in the physiological and biochemical parameters at the four rootstocks, Sour orange proved to be highly resistant to Fe chlorosis, followed by the rootstock C.taiwanica, whereas the rootstocks C. volkameriana and Swingle Citrumelo proved to be susceptible, although C. volkameriana showed higher tolerance to Fe chlorosis than Citrumelo.