Document
Salt tolerance in alfalfa landraces of Oman characterization and management.
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2022
Language
English
Subject
English abstract
Alfalfa (Medicago sativa L.) is the most important legume forage crop in Oman. Several alfalfa
landraces are being grown in different agro-ecological regions of the country. However, the forage
yield is often low due to the lack of improved varieties and abiotic stresses like salinity. Five
independent experiments were conducted to characterize alfalfa landraces of Omani origin for salt
tolerance; to evaluate the sensitivity of alfalfa genotypes to sodium and chloride salinity, and to
evaluate the influence of nano-sized chitosan-proline, biochar and γ-amino butyric acid (GABA)
application on salt tolerance in alfalfa. In the first experiment, thirty-four (34) alfalfa landraces,
indigenous to Oman, were evaluated at different levels of salt stress. Salt stress caused a reduction
in growth and dry matter yield of alfalfa landraces with exception of some, which responded
positively to the salinity levels of 3 and 6 dS m-1
compared to control. Alfalfa landraces OMA
257, OMA, 245, OMA 270, OMA 315, OMA 211, OMA 117, OMA 56, OMA 239, OMA 148,
OMA 131, OMA 95, OMA 263, OMA 262, OMA 289, and OMA 220 were designated as salt
tolerant based on their overall performance across salinity levels of 6, 9 and 12 dS m-1
. In the second experiment, twenty (20) high yielding alfalfa landraces were exposed to three levels of salt
stress. With an increase in salinity stress levels from 2 dS m-1to 10 dS m-1, there was a decrease
in different morphological traits across the landraces, except forage fresh weight which increased
at both salt stress levels (6 and 10 dS m-1
) compared to control owing to high leaf free proline,
total soluble phenolics, catalase enzyme, and leaf potassium concentration. However, different
biochemical traits and Na+
and Cl−
increased with the increase in salt stress levels (6 to 10 dS m 1
). The level of genetic diversity for the populations from the four regions was moderate (Ad Dhahira) to high (Al-Batinah, Ad-Dakiliya and Ash-Sharqiyah). In the third experiment, salt
stress, irrespective of type and intensity, caused a significant reduction in plant biomass,
physiological, and shoot mineral contents compared to control; however, this reduction was in the
order of NaCl (150 mM) > Na+(150 mM) > Cl−(150 mM). The tested genotypes were more sensitive to Na+toxicity than the Cl−
toxicity, and the contrasting genotypes differed in tissue tolerance of high Na+and Cl−
. In the fourth experiment, the potential of nano-proline seed priming and biochar in improving the salt tolerance in two differentially responding alfalfa genotypes whereas in the fifth experiment, the potential of γ-amino butyric acid in improving salt tolerance
in differentially responding alfalfa landraces. The application of biochar and nano-priming
significantly improved plant growth and carbon assimilation. However, the combined use of nano priming and biochar was more effective in improving salt tolerance than the sole application.
Biochar application instead triggered Na+
and Cl− but contributed to salt tolerance through an
increase in K+
contents, accumulation of proline and activation of the antioxidant defense system.
The GABA application as seed priming followed by root dipping improved the salt tolerance in
alfalfa. In conclusion, there was a significant variation of alfalfa landraces for salt tolerance, which
indicates their potential for cultivation in saline areas and/or use in breeding programs aimed to
develop salt tolerant alfalfa genotypes. The landraces OMA 6, OMA 161, and OMA 285 were
excellent in performance based on morphological and biochemical traits, and tissue mineral
contents under salt stress. The alfalfa genotypes were more sensitive to Na+
toxicity than the Cl−toxicity, and the contrasting genotypes differed in tissue tolerance of high Na+and Cl−. The exogenous application of nano-sized chitosan-proline, biochar and GABA helped in improving salt tolerance in alfalfa.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
القت )L sativa Medicago )هو أهم محصول علف بقولي في سلطنة عمان حيث يتم زراعة العديد من سلالات القت المحلية في مناطق زراعية ذات بيئات متباينة من السلطنة. ومع ذلك ، غالبًا ما تكون الإنتاجية من العلف الأخضر منخفضة جدًا بسبب عدم توافر الأصناف المحسنة والضغوط الالأحيائية مثل الملوحة. في هذه الدراسة ، أجريت خمس تجارب مختلفة لتوصيف سلالات القت العمانية الأصل لتحمل الملوحة و لتقييم حساسية الأنماط الجينية لملوحة الصوديوم والكلوريد ولتقييم تأثير نانو الكيتوزان برولين والفحم الحيوي وحمض جاما أمينوبوتيريك على تحمل سلالات القت للملوحة. في التجربة الاولى ، تم تقييم أربعة وثالثين )34( سلالة من القت ، موطنها الأصلي عمان ، لتحمل الملوحة عند مستويات مختلفة من الإجهاد الملحي. تسبب الإجهاد الملحي في انخفاض نمو وإنتاجية المادة الجافة في سلالات القت المحلية باستثناء بعضها التي استجابت بشكل إيجابي لمستويات الملوحة 3 و 6 ديسيسيمنس للمتر مقارنة بعامل التحكم . تم تصنيف سلالات القت المحلية 257 OMA و OMA و 245 و 270 OMA و 315 OMA و 211 OMA و 117 OMA و 56 OMA و 239 OMA و 148 OMA و OMA 131 و 95 OMA و 263 OMA و 262 OMA و 289 OMA و 220 OMA كمتحملة للملوحة بنا ًء على أدائها العام وتحملها لمستويات الملوحة البالغة 6 و 9 و 12 ديسيسيمنس للمتر . في التجربة الثانية ، تم تعريض عشرين )20( سلالة من القت المحلي عالية الإنتاجية لثالثة مستويات من الإجهاد الملحي. مع زيادة مستويات إجهاد الملوحة من 10 ديسيسيمنس للمتر إلى 12 ديسيسيمنس للمتر، كان هناك انخفاض في الصفات المورفولوجية المختلفة لكافة سلالات القت المحلية ، باستثناء وزن العلف الأخضر الذي زاد عند كل من مستويي الإجهاد الملحي )6 و 10 ديسيسيمن للمتر( مقارنة بعامل التحكم بسبب ارتفاع نسبة برولين الأوراق ، الفينوالت الذائبة ، إنزيم الكاتالز ، وتركيز البوتاسيوم بالأوراق. ومع ذلك ، زادت الصفات البيوكيميائية المختلفة وتركيز الصوديوم والكلوريد مع زيادة مستويات الإجهاد الملحي )6 إلى 10 ديسيسيمنس للمتر(. أظهر مستوى التنوع الجيني لسلالات القت التي تم جمعها من المناطق الأربع متوس ًطا )الظاهرة( إلى مرتفع )الباطنة والداخلية والشرقية(. في التجربة الثالثة ، تسبب الإجهاد الملحي ، بتباين نوع وددت ، في انخفاض معنوي في الكتلة الحيوية والفيزيولوجية ، ومحتوى المعادن للنبات مقارنة بمجموعة التحكم. ومع ذلك ، كان هذا الأنخفاض بترتيب مستويات الملوحة كالتالي صوديوم الكلوريد )150 ملي موالر( < صوديوم )150 ملي موالر( < كلوريد )150 ملي موالر(. كانت الأنماط الجينية تحت الدراسة أعلى حساسية لسمية الصوديوم من سمية الكلوريد ، واختلفت الأنماط الجينية المتباينة في مدى تحمل الأنسجة الرتفاع تركيز الصوديوم والكلوريد . في التجربة الرابعة ، أدى تطبيق استخدام الفحم الحيوي والنانو برولين في تحسين تحمل الملوحة في نمطين وراثيين من القت مستجيبين تفاضليًا بينما في التجربة الخامسة ، أدى أستخدام حمض جاما أمينوبوتيريك )GABA )في تحسين تحمل الملوحة في سلالات القت المحلية ذات الأستجابة التفاضلية. كما أدى تطبيق استخدام كال من الفحم الحيوي والنانو برولين إلى تحسن كبير في نمو النبات وامتصاص الكربون. ومع ذلك ، كان الأستخدام المشترك للنانو برولين والفحم الحيوي أكثر فعالية في تحسين تحمل الملوحة من استخدامهم منفصلين . ساهم تطبيق أستخدام الفحم الحيوي الى تحفيز إطلاق الصوديوم والكلوريد والذي ساهم في تحمل الملوحة من خالل زيادة محتوى البوتاسيوم وتراكم البرولين وتفعيل نظام الدفاع المضاد لألكسدة . أدى تطبيق استخدام حمض جاما أمينوبوتيريك لتشريب البذور ثم تاله غمس للجذور إلى تحسين مستوى تحمل الملوحة في سلالات القت المحلية . في الختام ، كان هناك تباين كبير بين سلالات القت المحلية لتحمل مستويات الملوحة المختلفة ، مما يشير إلى قدرتها على العي في الأراضى المتملحة و استخدامها في برامج التربية التي تهدف إلى تطوير أنماط وراثية من القت تتحمل الملوحة. أظهرت تميز في الأداء بنا ًء على الصفات المورفولوجية والكيميائية الحيوية السلالات المحلية 6 OMA و 161 OMA و 285 OMA ومحتوى الأنسجة من المعادن تحت مستويات الإجهاد الملحي . كانت الأنماط الجينية للقت أكثر حساسية لسمية الصوديوم من سمية الكلوريد ، واختلفت الأنماط الجينية المتنباينة للقت في تحمل الأنسجة الرتفاع الصوديوم والكلوريد . أدى تطبيق الأستخدام الخارجي للكيتوزان برولين بحجم النانو ، والفحم الحيوي ، و حمض جاما أمينوبوتيريك الى تحسين تحمل الملوحة في سلالات القت المحلية.
Category
Theses and Dissertations