اثرات به‌کارگیری پرتودهی بذر ذرت SC740 با امواج فراصوت در تقلیل اثرات تنش خشکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد اکولوژی کشاورزی دانشگاه شاهرود

2 عضو هیئت‌علمی دانشگاه شاهرود

چکیده

مقدمه و هدف
استفاده از امواج فراصوت به عنوان یک تکنولوژی نوین شناخته می­شود. از آن برای اهداف متعددی از جمله صنعت، کشاورزی (به عنوان مثال، اصلاح نباتات، فرآوری کشمش) و تکنولوژی غذایی استفاده می­گردد. شواهد آزمایشی حاکی از آن است که پرتودهی بذر با فراصوت تأثیر فوق­العاده ­ای بر رشد گیاه­چه به جای می­گذارد. به عنوان نمونه گزارش شده است که پرتودهی بذر به مدت 50 تا 60 ثانیه، درصد جوانه ­زنی، طول ریشه­ چه و ساقه­ چه را به ترتیب 40، 32 و 5 تا 8% افزایش می­دهد (Fariabi et al., 2008). پرتودهی Myrtus communis منجر به شکسته شدن دورمانسی، افزایش سرعت جوانه­زنی و بیشتر شدن وزن خشک گیاه­چه شده است (Alvandian et al., 2013). بیشتر آزمایشات مربوط به پرتودهی، به جوانه ­زنی و رشد اولیه گیاه­چه معطوف شده است. در نتیجه، گزارش منتشر شده ­ای در خصوص تأثیر احتمالی آن بر گیاه در مابقی مراحل رشد و نمو در دست نیست. به لحاظ تأثیر مثبت پرتودهی بر رشد ریشه ­چه، این فرضیه مطرح است که این اثرات، در مراحل بعدی یعنی مراحل رشد و نمو گیاه بالغ نیز منعکس می­گردد. در نتیجه، به علت سیستم ریشه­ا ی عمیق­تر احتمالی، ممکن است یک افزایش مقاومت به خشکی ایجاد گردد. هدف از این آزمایش مزرعه­ای این بود که ببینیم آیا پرتودهی می­تواند اثرات مضر تنش خشکی بر ذرت را بکاهد یا خیر.
 
مواد و روش­ها
واریته مورد استفاده ذرت، SC740بود. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا گردید. تیمارها شامل تنش خشکی {شاهد، تنش طولانی مدت (قطع آبیاری از گلدهی به بعد) و تنش کوتاه مدت (قطع آبیاری از مرحله خمیری شدن دانه به بعد)} و پرتودهی بذور با فراصوت (شاهد، 2، 4، 6 و 8 دقیقه) بود. صفات مورد بررسی شامل شاخص سطح برگ، محتوای نسبی رطوبت (RWC)، محتوای کاروتنوئید برگ، محتوای قندهای محلول برگ و محتوای پتاسیم برگ بود که 10 روز پس از مرحله خمیری شدن دانه اندازه گیری شدند. بعد از رسیدگی، محتوای پروتئین دانه، بیوماس اندام هوایی و عملکرد دانه مورد سنجش قرار گرفتند.
 
نتایج و بحث
نتایج نشان داد که در بین منابع تغییر (فاکتورهای آزمایش در جدول ANOVA)، تنها اثر ساده تنش خشکی و پرتودهی بر RWC  معنی­دار بود. کاهش RWC  بر اثر تنش خشکی کوتاه مدت و بلند مدت به ترتیب برابر با 13 و 19% بود. شش دقیقه پرتودهی به عنوان بهترین سطح پرتودهی توانست RWC را در مقایسه با شاهد به میزان 18% افزایش دهد. به طور تعجب آور، شاخص سطح برگ تحت تأثیر پرتودهی قرار نگرفت ولی در سطح احتمال 1% از تنش خشکی تأثیر پذیرفت. کاهش ناشی از تنش خشکی کوتاه مدت و بلند مدت در این شاخص به ترتیب برابر با 25 و 27% بود. تفاوت شاخص سطح برگ در دو سطح تنش خشکی معنی­ دار نشد. بر همین اساس به نظر می­رسد که ممکن است دو سطح تنش از لحاظ ضخامت (وزن خشک) برگ تفاوت داشته باشند. بالاترین محتوای پتاسیم برگ در شرایط تنش بلند مدت (299.33 mg.g-1) به دست آمد. گیاهان (بذور) پرتودهی شده به مدت 6 دقیقه نسبت به شاهد از 14% پتاسیم بالاتر برخوردار گردیدند. در خصوص محتوای قندهای محلول، تنش خشکی کوتاه مدت بالاترین تأثیر را داشت و در شاهد، کمترین مقدار آن حاصل شد. شش دقیقه پرتودهی به عنوان بهترین سطح پرتودهی، محتوای پتاسیم برگ را به میزان 22% افزایش داد. محتوای کاروتنوئید برگ تنها به تنش خشکی واکنش نشان داد؛ با افزایش شدت تنش، مقدار آن روند کاهشی نشان داد. اعتقاد بر این است که در واکنش به تنش خشکی، محتوای کاروتنوئید افزایش می­یابد ولی بعد از آن کاهش نشان می­دهد که نوعی واکنش سازگاری گیاه به تنش می­باشد (Young, 1991). محتوای پروتئین بذر به اثرات ساده و متقابل فاکتورها واکنش معنی­داری نشان داد. این امر ثابت می­کند که اثر تنش خشکی بر این صفت در گیاهان پرتودهی شده به میزان­ های مختلف، یکسان نیست. به عنوان مثال، در شرایط پرتودهی 2 و 8 دقیقه، محتوای پروتئین بذر برای گیاهان تنش دیده کمتر از شاهد بود. ولی برای 6 دقیقه پرتودهی، عکس این حالت وجود داشت. بالاترین محتوای پروتئین بذر مربوط به ترکیب تیماری تنش بلند مدت و 6 دقیقه پرتودهی بود. کاهش بیوماس در شرایط تنش کوتاه مدت و بلند مدت به ترتیب 24 و 31% بود. برای عملکرد دانه، این کاهش به ترتیب برابر با 18 و 34% شد. بهترین سطح پرتودهی، یعنی 6 دقیقه، بیوماس و عملکرد دانه را به ترتیب 13 و 25% افزایش داد.
 
نتیجه ­گیری
اثرات متقابل خشکی و پرتودهی بر برخی صفات شامل بیوماس و عملکرد دانه معنی­دار نبود. این یافته نشان می­دهد که اثر مثبت پرتودهی بر رشد ذرت در شرایط وجود و عدم وجود تنش، تفاوتی ندارد. به بیان دیگر، پرتودهی بذور به مدت 6 دقیقه می­تواند رشد ذرت تنش دیده و تنش ندیده را بیشتر نماید. این امر معادل تسکین (کاهش) اثرات خشکی بر ذرت است. این تسکین دهندگی ممکن است مربوط به افزایش محتوای پتاسیم برگ (14%) و افزایش محتوای قندهای محلول برگ (22%)، و در نتیجه بهتر شدن محتوای آبی گیاه (18% افزایش در RWC) باشد.

کلیدواژه‌ها


Ahmadi, A., Baker, D.A., 2000. The effect of water stress on grain filling processes in wheat.Agricultural Science Journal. 136, 257-269.

Alvandian, S., Vahedi, A., Taghizadeh, R., 2013. Study the effect of ultrasound and chilling on germination of seeds of Myrtus communis. Journal of Seed Research. 3, 21-31 [In Persian with English Summary].

Awada, T., 2002. Stomatal variability of native warm-season grasses from the Nebraska Sandhills. Canadian Journal of Plant Sciences. 82, 349-355.

Bagheri, A., Hedaresharefabad, H., 2007. Evalution of drought stress on yield and yield components of barley (Hordeum sativum L.). Journal of Modern Agriculture. 7, 1-15.

Barton, S., Bullock, C., Weir, D., 1996. The effects of ultrasound on the activities of some glucosidase enzymes of industrial importance. Enzyme and Microbial Technology. 18, 190-194.

Blum, A., 1996.  Crop responses to drought and the interpretation of adaptation. Plant Growth Regulation. 20, 135-148. In: E. Belhassen, (Ed). Drought tolerance in Higher Plants: Genetical, Physiological and Molecular Biological Analysis. Kluwer Academic Publishers.

Chisti, Y., 2002. Sonobioreactores: Using ultrasound for enhanced microbial productivity. Trends in Biotechnology. 21, 89-93.

Ebadi, S., Gholipoor, M., Gholami, A., 2013. Effect of ultrasound and nitroxin biological fertilizer on growth, yield and yield components of cowpea (Vigna sinensis L.). Abstracts of 2nd national symposium of sustainable development of agriculture and healthy environment. Aug. 27-28, Hamedan, Iran. [In Persian].

Fariabi, A., Rasmmanesh, H., Keshvari, M., Abdali, N., 2008. Effect of ultrasound on physiological and morphological processes of germination in Capsicum annum and Rhaphnus sativus. Abstracts of the 1st Iranian Congress of Seed Sciences and Technology. College of Agriculture, University of Gorgan, Gorgan. [In Persian].

Gelman A., Hill, J., 2007. Data Analysis Using Regression and Multilevel/Hierarchical Models (1stEdition). Cambridge University Press.

Gupta, U.S., 1984. Crop improvement for drought resistance. Current Agriculture. 8, 1-15.

Huang, B., Gao, H., 2000. Root physiological characteristics associated with drought resistance in tall fescue cultivar. Crop Science. 40, 196-203.

Hussain, M.M., Reid, J.B., Othman, H., Gallagher, Y.N., 2000. Growth and water use of faba beans (Vicia faba) in a sub-humid climate. I. Root and shoot adaptation to drought stress. Field Crops Research. 23, 1-17.

Krishnamurthy, L., Kashiwagi, J., Upadhyaya, H.D., 2003. Genetic diversity of drought avoidance root traits in the mini-core germplasm collection of chickpea. International Chickpea and Pigeonpea Newsletters. 10, 21-24.

Machikowa, T., Kulrattanarak, T., Wonprasaid, S., 2013. Effects of ultrasonic treatment on germination of synthetic sunflower seeds. International Journal of Agricultural, Biosystems Science and Engineering. 7, 1-3.

Mittler, R., 2002. Oxidative stress, antioxidant and stress tolerance. Annual Review of Plant Sciences. 7, 405-415.

Risca, I.M., Fartais, L., Stiuca, P., 2007. Ultrasound effects contributions on the Norway spruce seeds germination (Picea abies (L.) Karsten). Australian Journal of Crop Sciences. 8, 87-88.

Singh, B.R., Singh, D.P., 1995. Agronomic and physiological responses of sorghum, maize and pearl millet to irrigation. Field Crops Research. 42, 57- 67.

Soltani, A., Galeshi, S., 2002. Importance of rapid canopy closure for wheat production in a temperate sub-humid environment: Experimentation and simulation. Field Crops Research. 77, 17-32.

Tabatabae, S.A., Shakeri, A., Shahede, M., 2011. Effect of water stress on yield, yield components and oil content in canola (Brassica napus l.). Journal of Crop Physiology. 3, 41-53.

Wang, X., Wang, B., Jia, Y., Duan, C., Akio, S., 2002. Effect of sound wave on the synthesis of nucleic acid and protein in Chrysanthemum Colloids and surfaces. B: Biointerfaces. 29, 99-102.

Yaldagard, M., Mortazavi, S.A., Tabatabaie, F., 2008. Influence of ultrasonic on the germination of barley seed and its alpha-amylase. African Journal of Biotechnology. 7, 2456-2471.

Young, A.J., 1991. The photoprotective role of carotenoids in higher plants. Plant Physiology. 83, 702-708.

Zhang, Y., Aijun, J., Tangyuan, N., Xud, J., Zengjia, L., Gaoming, J., 2008. Potassium nitrate application alleviates sodium chloride stress in winter wheat cultivars differing in salt tolerance. Journal of Plant physiology. 165, 1455-1465.