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Effect of Water Stress on Physiological Attributes and their Relationship with Growth and Yield of Wheat Cultivars at Different Stages

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Abstract:

The effects of water stress on physiological attributes of drought-sensitive (Kalyansona) and drought-tolerant (C-306) wheat cultivars were studied in a pot experiment. Water stress was imposed by withholding irrigation at boot and anthesis stages. Leaf water potential, leaf osmotic potential and leaf turgor potential (measured with pressure chamber and osmometer), as well as leaf diffusive resistance, leaf transpiration rate and leaf-to-air transpiration gradient (measured with a steady-state porometer) were measured diurnally. Growth and yield parameters were recorded after harvesting of the crop. Triplicate data were analysed using a completely randomized design and correlations amongst these parameters were computed.Water stress was found to reduce diurnal leaf water potential and leaf osmotic potential in both the genotypes but leaf osmotic potential was significantly higher in the drought-tolerant cultivar C-306 than in the drought-sensitive cultivar Kalyansona. Positive turgor was recorded in both the genotypes under water stress and non-stress conditions. Water-stressed plants showed significantly lower turgor potential than control plants. In diurnal observations, water-stressed plants exhibited significantly higher leaf diffusive resistance in both genotypes at both stages. The diffusive resistance of C-306 was predominantly higher than that of Kalyansona. Water stress decreased leaf transpiration rate at both stages but the reduction was higher at the anthesis stage. The leaf-to-air temperature gradient was much higher in C-306 than in Kalyansona at the boot stage but at the anthesis stage genotypic variation was non-significant. The capacity to maintain cooler foliage was lower at the anthesis stage than at the boot stage in both the cultivars.Shoot dry weight, number of grains, test weight, grain yield, biological yield and harvest index decreased to a greater extent when water stress was imposed at the anthesis stage, while imposition of water stress at the boot stage caused a greater reduction in plant height and number of tillers. Similarly, water stress caused a smaller reduction in growth, yield and yield attributes in C-306 than in Kalyansona.In general, the correlation coefficient of grain and biological yield with water potential and its components was positive and highly significant. Similarly, turgor potential was also correlated positively and significantly with grain yield at both the stages, but with biological yield it was significant only at the anthesis stage. A negative and significant correlation was obtained for diffusive resistance and leaf-to-air temperature gradient with grain yield at the boot and anthesis stages. The rate of transpiration was also positively and significantly correlated to grain and biological yields at both the stages. Amongst the yield attributes, number of leaves and number of tillers were positively correlated at the anthesis stage, whereas leaf area and shoot dry weight were significantly correlated with grain and biological yields at both the stages.

German
Einfluss von Wasserstress auf physiologische Eigenschaften und deren Beziehungen hinsichtlich Wachstum und Ertrag von Weizenkultivaren in unterschiedlichen Entwicklungsstufen

Der Einfluss von Wasserstress auf physiologische Eigenschaften eines dürreempfindlichen (Kalyansona)- und dürretoleranten (C-306)-Kultivars wurde in einem Gefäßexperiment untersucht. Wasserstress wurde erzeugt, indem die Bewässerung zum Ährenschieben und zur Blüte ausgesetzt wurde. Das Blatt-Wasserpotenzial, Blatt-Osmotische-Potenzial und Blatt-Turgorpotenzial (Druckkammer und Osmometer) sowie Blatt-Diffusionsresistenz, Blatt-Transpirationsrate und Gradient der Transpiration vom Blatt zur umgebenden Luft (Porometer) wurden täglich gemessen. Wachstum und Ertragsparameter wurden nach der Ernte der Pflanzen bestimmt. Die Werte wurden in drei Wiederholungen analysiert unter Bezugnahme eines komplett randomisierten Versuchs; Korrelationen zwischen diesen Parametern wurden errechnet. Die Ergebnisse zeigten, dass Wasserstress das tägliche Blattwasserpotenzial und Blatt-Osmotische-Potenzial in beiden Genotypen reduzierte, wobei das Blatt-Osmotische Potenzial signifikant höher lag in dem dürretoleranten Kultivar C-306 als in dem dürreempflindlichen Kultivar Kalyansona. Positiver Turgor wurde in beiden Genotypen unter Wasserstress und ohne Stressbedingungen festgestellt. Wassergestresste Pflanzen zeigten signifikant geringeres Turgor-Potenzial als die Kontrollpflanzen. In täglichen Untersuchungen wiesen Pflanzen unter Wasserstress signifikant höhere Blatt-Diffusionsresistenz bei beiden Genotypen und in beiden Entwicklungsstadien auf. Diffusionsresistenz von C-306 war deutlich höher als bei Kalyansona. Wasserstress erniedrigte die Blatt-Transpirationsrate in beiden Entwicklungsstadien; die Reduktion war aber zur Anthesis höher. Der Blatt-zu-Luft-Temperaturgradient war sehr viel höher bei C-306 als bei Kalyansona zu beiden Entwicklungsstadien; zur Blüte war die genotypische Variation allerdings nicht signifikant. Die Fähigkeit, kühlere Blattbedingungen zu erhalten, war für beide Kultivare im Blütestadium geringer. Sprosstrockengewicht, Anzahl der Körner, Testgewicht, Kornertrag, biologischer Ertrag und Ernteindex nahmen stärker ab, wenn Wasserstress im Blütestadium wirksam wurde, während Wasserstress zum Ährenschieben eine starke Reduktion in der Pflanzenhöhe und in der Anzahl der Bestockungstriebe zur Folge hatte. C-306 zeigte eine geringere Schwankung der Reduktion im Wachstum, dem Ertrag und den Ertragskomponenten als Folge von Wasserstress als Kalyansona. Grundsätzlich war der Korrelationskoeffizient zwischen Kornertrag und biologischem Ertrag mit dem Wasserpotenzial und seinen Komponenten positiv und hoch signifikant. Auch das Turgor-Potenzial war positiv und signifikant mit dem Kornertrag in beiden Entwicklungsstadien korreliert, mit dem biologischen Ertrag allerdings nur signifikant mit dem Blütestadium korreliert. Negative und signifikante Korrelation wurde für die Diffusionsresistenz und den Blatt-zu-Lufttemperatur-Gradienten mit dem Kornertrag zum Ährenschieben und zur Blüte festgestellt. Die Transpirationsrate war positiv und signifikant mit dem Kornertrag und dem biologischen Ertrag zu beiden Entwicklungsstadien. Von den Ertragskomponenten war die Anzahl der Blätter und die Anzahl der Bestockungstriebe positiv zum Zeitpunkt der Blüte korreliert, während Blattfläche und Triebtrockengewicht signifikant mit dem Korn-und biologischem Ertrag in beiden Stadien korreliert war.

Keywords: leaf temperature; transpiration; water potential; water stress; wheat (Triticum aestivum L.); yield

Document Type: Research Article

Affiliations: Department of Plant Physiology, Rajasthan Agricultural University, SKN College of Agriculture, Jobner 303329, India. Email:narendra–, Email: sunita@usa.net

Publication date: March 1, 2001

bsc/jac/2001/00000186/00000001/art00009
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