دانشگاه بیرجند تنش‌های محیطی در علوم زراعی 2228-7604 مقالات آماده انتشار 2026 06 14 Evaluation of physiological traits and responses of some antioxidant enzymes in sugarcane (Saccharum officinarum L.) to salinity stress and silicon application بررسی صفات فیزیولوژیکی و پاسخ برخی آنزیم‌های آنتی اکسیدان نیشکر (.Saccharum officinarum L) به شوری و کاربرد کود سیلیسیم 4026 10.22077/escs.2025.8728.2334 FA علی انصوری سواری دانشجوی دکتری اگروتکنولوژی- فیزیولوژی گیاهان زراعی،گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز 0009-0006-3098-5383 مجید نبی پور استاد گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز 0009-0009-2809-5180 معصومه فرزانه دانشیار گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز 0000-0002-5877-9614 Journal Article 2025 01 09 <strong>Introduction</strong><br />Drought stress has substantially reduced the availability of freshwater resources for agricultural production in many regions worldwide. Consequently, the use of drainage water has been considered a practical strategy for sustaining crop productivity under water‑limited conditions. In addition, soil and irrigation water salinity are among the major factors limiting agricultural yield. Therefore, this study was conducted to evaluate the effects of silicon application on growth, physiological traits, and antioxidant enzyme activity of sugarcane under salinity stress conditions.<br /> <br /><strong>Materials and methods</strong><br />The experiment was conducted over two consecutive growing seasons (2021–2022) in a greenhouse at the Dehkhoda Sugarcane Agriculture and Industry Company. A split–split plot arrangement based on a randomized complete block design (RCBD) with three replications was implemented. Sugarcane variety (CP73‑21 and CP69‑1062) was considered as the sub‑plot factor. Salinity stress was assigned to the main plots at three levels: a control level of 1.4 ± 0.2 dS m⁻¹ (S₀) derived from river water, and two salinity stress levels of 4.1 ± 0.2 dS m⁻¹ (S₁) and 8.2 ± 0.2 dS m⁻¹ (S₂) obtained from drainage water. The timing of silicon application was considered a sub-sub-factor with four levels: Si₀ (no silicon application, control); Si₁ (one month before stress imposition); Si₂ (during salinity stress); and Si₃ (30 days after the onset of salinity stress). In the second year, a split-plot arrangement based on a randomized complete block design (RCBD) with three replications was implemented using the variety CP69‑1062 (which showed greater tolerance to salinity stress than the other variety in the previous experiment). The main factor was irrigation at three salinity levels, consistent with the previous year, while the sub-factor was the timing of silicon application at two levels: no application (control, Si₀) and the optimal timing identified in the first experiment (one month before stress imposition, Si₁).<br /> <br /><strong>Results and discussion</strong><br />Salinity stress significantly reduced the maximum weekly stem growth of both sugarcane varieties by 36 and 68% at salinity levels of 4.1 and 8.2 dS m⁻¹, respectively. Irrigation with salinity levels of 4.1 and 8.2 dS m⁻¹ resulted in significant reductions in stem weight (37 and 66%), leaf relative water content (6.4 and 10.8%), and photosynthetic rate (28 and 42%), while electrolyte leakage increased by 17.2 and 29.4%, respectively, compared with the control treatment. Applying silicon fertilizer one month before stress imposition was the most effective timing, significantly improving most measured traits under mild to moderate salinity levels (1.4 and 4.1 dS m⁻¹). Silicon application significantly increased leaf relative water content of sugarcane compared with the control treatment. The highest leaf-sheath moisture content, showing a 2.5% increase compared with the control treatment, was observed following silicon application one month before stress imposition. Also, the highest leaf relative water content across all salinity levels was achieved when silicon was applied one month before stress. Delaying silicon application diminished its effectiveness in maintaining leaf relative water content, particularly under higher salinity conditions. Under salinity stress, silicon application increased catalase (CAT) activity by 15.2, 56.4, and 88.9% at salinity levels of 1.4 (control), 4.1, and 8.2 dS m⁻¹, respectively, compared with non‑silicon treatments. The activity of ascorbate peroxidase (APX) increased by 99.8% and 115% following silicon application under salinity stress levels of 4.1 and 8.2 dS m⁻¹, respectively, compared with the control treatment. Superoxide dismutase (SOD) activity decreased by 9.5 and 15.8% under salinity stress at 4.1 and 8.2 dS m⁻¹, respectively, relative to the control. However, silicon application increased the activity of this enzyme by 12% compared with treatments without silicon application.<br /> <br /><strong>Conclusion</strong><br />Based on the results, sugarcane cultivation can be maintained during periods of water scarcity by using drainage water from sugarcane farming, which has an average salinity of approximately 4 dS m⁻¹. This water can be used for irrigation throughout the growing season with no marked adverse effects on growth and physiological performance. Moreover, silicon fertilizer application enhanced antioxidant enzyme activity and contributed to increased sugarcane tolerance to salinity stress شوری آب یکی از مهمترین تنش‌های غیرزیستی است که مانع رشد و بهره‌وری محصول در سراسر جهان می‌شود. به‌منظور ارزیابی تأثیر سیلیسیم بر رشد و وزن ساقه نیشکر تحت تنش شوری حاصل از زه‌آب، آزمایشی در دو سال زراعی 1400-1401 و 1402-1401 به‌صورت گلدانی در محیط گلخانه در شرکت کشت و صنعت نیشکر دهخدا با سه تکرار اجرا شد. فاکتور اصلی آبیاری در سه سطح شوری شامل 1.4 (شاهد)، 4.1 و 8.2 دسی‌زیمنس بر متر، فاکتور فرعی شامل دو واریته CP73-21 و CP69-1062 و زمان کاربرد سیلیسیم در چهار سطح شامل شاهد (بدون کاربرد سیلیسیم)، یک‌ماه قبل از تنش، همزمان با تنش و یک‌ماه بعد از اعمال سطوح شوری به عنوان فاکتور فرعی فرعی در نظر گرفته شد. نتایج برتری وزن تک ساقه واریته CP69-1062 نسبت به واریته CP73-21 در همه سطوح شوری نشان داد. آبیاری با سطوح شوری 4.1 و 8.2 دسی‌زیمنس بر متر به‌ترتیب سبب کاهش36 و 68 درصدی میانگین رشد هفتگی ساقه، 37 و 66 درصدی وزن تک ساقه، 6.4 و 10.8 درصدی محتوای نسبی آب برگ و افزایش 17.2 و 29.4 درصدی نشت الکترولیت نسبت به تیمار شاهد گردید. بهترین زمان کاربرد کود سیلیسیم یک‌3.7 و 1.9 درصدی محتوای نسبی آب برگ در سطوح شوری 4.1 و 8.2 دسی زیمنس بر متر گردید. همچنین کاربرد کود سیلیسیم یک‌ماه قبل از اعمال شوری سبب افزایش فعالیت‌ کاتالاز به‌ترتیب 13.1 و 23.1 درصد و آسکوربات پراکسیداز به‌ترتیب 18.9 و 5.4 درصد در سطوح شوری 4.1 8.2 دسی زیمنس بر متر شدند. در شرایط بروز تنش کم‌آبی جهت آبیاری گیاه نیشکر استفاده از زه‌‌‌آب با شوری 4 دسی‌زیمنس بر متر همراه با کود سیلیسیم به‌منظور افزایش تحمل گیاه نیشکر به تنش شوری قابل توصیه است. https://escs.birjand.ac.ir/article_4026_c952ce98517ac529c60744ac28364b03.pdf