Effect of drought stress on growth reduction and biomass accumulation in several hybrid apple rootstock genotypes

Document Type : Original Article

Authors

1 Scientific staff of Horticulture Department, Temperate Fruits Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agricultural Research, Education and Extention (AREEO), P.O.Box. 4119, Karaj, 31585, Iran.

2 Instructor, Temperate Fruits Research Center, Horticultural Sciences Research Institute, Agricultural Research, Education and Extention (AREEO), P.O.Box. 4119, Karaj, 31585, Iran.

10.30466/rip.2025.55706.1330

Abstract

To select drought-tolerant rootstocks and identify the mechanisms underlying drought-stress tolerance, a factorial experiment was conducted in a randomized complete block design with three replications using one-year-old potted plants. The experiment included 11 hybrid apple rootstock genotypes, AR1 to AR11, and the clonal rootstock MM111 as a drought-tolerant control, under two irrigation levels corresponding to 40 and 80% of the available soil water. The results showed that under drought stress, rootstock genotypes AR8, AR10, and AR11, which exhibited the lowest growth rate and aboveground biomass but appropriate root length and the highest root-to-shoot dry weight ratio, were most similar to the drought-tolerant MM111 rootstock. Considering the physiological and morphological characteristics evaluated in the present study, it can be concluded that rootstock genotypes AR8, AR10, and AR11 employ a drought-avoidance mechanism through reducing transpiring surface area and aboveground biomass, developing a relatively small but deep and structurally strong root system, and increasing the root-to-shoot weight ratio.

Keywords


آتشکار، د. 1401. تاثیر تنش خشکی بر رشد رویشی برخی از پایه‌های هیبرید انتخابی سیب. مجله پژوهش در علوم باغبانی، 1: 26-11.
آتشکار، د. 1402. تأثیر تنش خشکی بر محتوی نسبی آب برگ و فعالیت آنزیم‌های آنتی­اکسیدان در برخی از پایه‌های هیبرید سیب. مجله پژوهش در علوم باغبانی، 2(1): 44-31.
آتشکار، د.، ارشادی، ا.، عبدالهی، ح. و طاهری، م. 1399. اثرهای تنش خشکی بر شاخص‌های فیزیولوژیک و زیست‌شیمیایی پایه‌های دورگه سیب. مجله علوم و فنون باغبانی ایران، 21(1): 122-107.
آتشکار، د.، ارشادی، ا.، طاهری، م. و عبدالهی، ح. 1397. غربال­گری برخی پایه‌های دورگه‌ انتخابی سیب برای تحمل به تنش خشکی بر اساس صفات مرتبط با فتوسنتز. مجله علوم باغبانی ایران، (4)49: 1024-1013.
آتشکار، د.، تقی­زاده، ا.ا. و دودانگه­بالاخانی، م. 1403. مطالعه سیستم ریشه در تعدادی از پایه‌های هیبرید سیب. پژوهش‌های میوه‌کاری، 9(2): 34-24.
آتشکار، د.، پیرخضری، م و تقی­زاده، ا. ا. 1395. تولید وارزیابی مقدماتی پایه­های دورگ رویشی سیب (Mallus domesica Borkh). علوم باغبانی ایران، 47(2): 329-335.
آتشکار، د.، حق‌جویان، ر.، دودانگه بالاخانی، م. و ا. سلیمانی. 1399. پیش‌بینی پتانسیل رشد با مطالعه صفات رویشی در  برخی پایه‌های سیب دورگه. مجله علوم باغبانی ایران، 51(4): 937-925.
کافی، م.، برزوئی، ا.، صالحی، م.، کمندی، ع.، معصومی، ع. و نباتی، ج. 1388. فیزیولوژی تنش‌های محیطی در گیاهان. چاپ اول. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد، 502 ص.
Alizadeh, A., Alizade, V., Nassery, L. and Eivazi, A. 2011. Effect of drought stress on apple dwarf rootstocks. Technical Journal of Engineering and Applied Science, 1(3): 86-94.
Anjum, F., Yaseen, M., Rasul, E., Wahid, A. and Anjum, S. 2003. Water stress in barley (Hordeum vulgare L.). II. Effect on chemical composition and chlorophyll contents. Pakistan Journal Agriculture Science, 40(1-2): 45-49.
Araki, H. and Iijima, M. 2001. Deep rooting in winter wheat: rooting nodes of deep roots in two cultivars with deep and shallow root systems. Plant Production Science, 4(3): 215-219.
Blum, A. 2005. Drought resistance, water-use efficiency, and yield potential—are they compatible, dissonant, or mutually exclusive? Australian Journal of Agricultural Research, 56(11): 1159-1168.
Bolat, I., Dikilitas, M., Ercisli, S., Ikinci, A. and Tonkaz, T. 2014. The effect of water stress on some morphological, physiological, and biochemical characteristics and bud success on apple and quince rootstocks. The Scientific World Journal, 2014(1): 769732.
Di Vaio, C., Cirillo, C., Buccheri, M. and Limongelli, F. 2009. Effect of interstock (M. 9 and M. 27) on vegetative growth and yield of apple trees (cv “Annurca”). Scientia Horticulturae, 119(3): 270-274.
Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N.S.M.A., Fujita, D.B.S.M.A. and Basra, S.M. 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and management. In Sustainable agriculture. Dordrecht: Springer Netherlands. pp.153-188.
Fernandez, R.T., Perry, R.L. and Ferree, D.C. 1995. Root distribution patterns of nine apple rootstock in two contrasting soil types. Journal of the American Society for Horticultural Science, 120(1): 6-13.
Johnson, W.C., 2000. Methods and Results of Screening for Disease and Insect Apple Rootstocks. The Compact Fruit Tree, 33: 108-111
Ma, L., Hou, C.W., Zhang, X.Z., Li, H.L., Han, D.G., Wang, Y. and Han, Z.H. 2013. Seasonal growth and spatial distribution of apple tree roots on different rootstocks or interstems. Journal of the American Society for Horticultural Science, 138(2): 79-87.
Sakalauskaitë, J., Kviklys, D., Lanauskas, J. and Duchovskis, P. 2006. Biomass production, dry weight partitioning and leaf area of apple rootstocks under drought stress. SodininkysteIr Darzinininkyste, 25(3): 283-291.
Sakalauskaitë, J., Kviklys, D., Lanauskas, J. and Duchovskis, P. 2006. Biomass production, dry weight partitioning and leaf area of apple rootstocks under drought stress. Sodininkystë ir darzininkystë, 25(3): 283-291.
Shao, K.J., Li, D.K. and Zhang, Z.R. 1988. A study on the breeding of apple dwarfing rootstock SH series. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 3: 86-93.
Taiz, L. and Zeiger, E. 2006. Plant Physiology, 4th Ed., Sinauer Associates Inc. Publishers, Massachusetts.
Uga, Y., Sugimoto, K., Ogawa, S., Rane, J., Ishitani, M., Hara, N., Kitomi, Y., Inukai, Y., Ono, K., Kanno, N. and Inoue, H. 2013. Control of root system architecture by DEEPER ROOTING 1 increases rice yield under drought conditions. Nature Genetics, 45(9): 1097-1102.
Van Damme, P.L.J. 1991. Adaptations to drought stress in plants. Morphological adaptations. Mededelingen van de Faculteit Landbouwwetenschappen Rijksuniversiteit Gent (Belgium): 56(1).
Webster, T., Tobutt, K. and Evans, K., 2000. Breeding and evaluation of new rootstocks for apple, pear and sweet cherry. Compact Fruit Tree, 33(4): 100-104.
Zagaja, S.W., Jakubowski, T., Pieklo, A. and Przybyla, A. 1989. Preliminary evaluation of new clones of apple rootstocks. Fruit Science, 16: 205-213.