بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
عملکرد و برخي خصوصيات فيزيولوژيک ذرت با کاربرد کودهاي زيستي و شيميايي تحت سطوح خشکي
چکيده
به منظور بررسي تأثير کودهاي زيستي و شيميايي بر عملکرد و برخي خصوصيات فيزيولوژيک ذرت در سطوح تنش خشکي، آزمايشي مزرعه اي در سال زراعي ١٣٩٠ به صورت اسپليت پلات در قالب طرح پايه بلوکهاي کامل تصادفي در سه تکرار در مزرعه دانشکده کشاورزي دانشگاه کردستان انجام شد. سه سطح آبياري شامل : آبياري مطلوب (آبياري در پتانسيل آب خاک ٣- بار)، تنش متوسط خشکي (آبياري در پتانسيل آب خاک ٧- بار) و تنش شديد خشکي (آبياري در پتانسيل آب خاک ١١- بار) در کرت هاي اصلي قرار گرفتند و چهار سطح کودي، شامل عدم مصرف کود (شاهد)، کود زيستي فسفاته بارور٢ + نيتروکسين ، کود شيميايي و تلفيقي از دو نوع کود (٥٠% کود شيميايي + ١٠٠% کود زيستي) به عنوان سطوح فاکتور فرعي در نظر گرفته شدند. نتايج نشان داد که تنش کمبود آب اثرات منفي روي عملکرد داشت و کاربرد کود نتوانست از کاهش عملکرد دانه در شرايط تنش شديد خشکي جلوگيري نمايد. بيشترين عملکرد دانه در شرايط آبياري مطلوب و کاربرد تيمار تلفيقي کود شيميايي + کود زيستي فسفاته بارور ٢ و نيتروکسين با ميانگين عملکرد ١٣ تن در هکتار حاصل شد که نسبت به شاهد ٢٥٧ درصد افزايش نشان داد. با افزايش شدت تنش محتوي کلروفيل a کاهش ولي محتوي کلروفيل b افزايش پيدا کرد. نتايج نشان داد که فعاليت کاتالاز و پراکسيداز در شرايط تنش خشکي بيشتر از شرايط آبياري مطلوب افزايش يافت . کاربرد کود تا حدودي باعث تعديل اثرات تنش خشکي شد و فعاليت آنزيم هاي آنتياکسيدانت را کاهش داد.
واژه هاي کليدي: ذرت ، سطوح مختلف آبياري، کيفيت بذر، کود شيميايي و زيستي
مقدمه
ذرت يکي از محصولات تابستانه با نياز آبي زياد و نسبتا حساس به کم آبي است (کيکر ٢٠٠٤). رشد بهينه گياه و موفقيت در توليد محصول به شرايطي همچون خاک مناسب و وجود آب و عناصر غذايي کافي نياز دارد. تنش هاي محيطي از عواملي هستند که از رشد و توسعه مناسب گياه جلوگيري ميکنند و عملکرد گياه را به شدت کاهش ميدهند ( تورهان و باسر ٢٠٠٤).
تنش خشکي يکي از مهم ترين عوامل محدود کننده رشد و عملکرد گياهان محسوب ميگردد. تنش کمبود آب زماني رخ ميدهد که سرعت تعرق بيش از سرعت جذب آب ميباشد. در واقع ، با کاهش مقدار آب در خاک و عدم جايگزيني آن ، ميزان جذب آب از هدررفت آن کمتر بوده و پتانسيل آب در گياه کاهش مييابد (باربارا و همکاران ٢٠١٤). تنش کمبود آب ، صدمات متعددي را به گياهان وارد ميکند و گياهان واکنش هاي متفاوتي را در جريان تنش از خود نشان ميدهند. تنش خشکي باعث بسته شدن روزنه ها و کاهش ميزان تعرق و فتوسنتز خالص (سعيدي و همکاران ٢٠١٠)، کاهش پتانسيل آب بافت هاي گياه ، تجمع آبسزيک اسيد، پرولين (خان و همکاران ٢٠١٢)، گليسين بتائين و پليفنل ها (فريدودين و همکاران ٢٠١٣)، مانيتول ، سوربيتول ، تشکيل ترکيبات حذف کننده راديکال هاي آزاد (آنتياکسيدانت ها) و سنتز پروتئين هاي جديد (خان و همکاران ٢٠١٢) ميگردد. اين متابوليت ها تحت تنش کمبود آب تجمع پيدا ميکنند و به عنوان تنظيم کننده هاي اسمزي در حفظ تورژسانس سلولي ايفاي نقش ميکنند (کيرخام ٢٠١٦). يکي از اثراتي که بسياري از تنش ها از جمله تنش خشکي بر گياهان دارند افزايش توليد گونه هاي فعال اکسيژن است که باعث تخريب پروتئين و ليپيدهاي غشاء و بسياري از ماکرومولکول هاي دروني گياه ميشوند (چن و همکاران ، ٢٠٠٠ و جيانگ و همکاران ٢٠٠١). گياه براي مقابله با اين گونه هاي فعال اکسيژني توليد آنتياکسيدان ها از جمله کاتالاز و پراکسيداز را افزايش ميدهد (جيانگ و همکاران ٢٠٠١). لونا و همکاران (٢٠٠٥) بيان کردند که کاتالاز در تمام سلول هاي گياهي يافت ميشود و سلول هاي گياهي را از سميت پراکسيد هيدروژن که در نتيجه فعاليت هاي متابوليکي سلول توليد ميشوند، حفظ ميکند. يک مولکول کاتالاز قادر است در يک ثانيه يک ميليون مولکول از HO٢٢ را به آب و اکسيژن تبديل کند (لونا و همکاران ٢٠٠٥). از طرف ديگر، تنش خشکي باعث تجمع برخي از ترکيبات از جمله پرولين ميگردد. تجمع پرولين اولين واکنش گياه در معرض تنش کمبود آب به منظور کاهش خسارت به سلول است (انجوم ٢٠١١). پرولين از طريق مکانيسم هاي متفاوت نظير تنظيم اسمزي، سم زدايي گونه هاي فعال اکسيژن ، حفظ تماميت غشاء و ساختمان پروتئين ها گياهان را از تنش ها محافظت مينمايد (پتيد (2011
ذرت براي رشد و توليد محصول علاوه بر آب ، به مقدار زيادي نيتروژن و فسفر نيز نياز دارد. نيتروژن عنصري کليدي در تغذيه گياهان به حساب ميآيد (هسيگاوا و همکاران ٢٠٠٨) و به عنوان يک جزء اصلي در ساختمان تعدادي مولکول هاي زنده از قبيل پروتئين ها، اسيدهاي نوکلئيک ، اسيدهاي آمينه ، آنزيم ها، ويتامين ها و رنگيزه ها نقش اساسي در گياهان ايفا ميکند (هسيگاو و همکاران ٢٠٠٨). بر اساس گزارش يولگر و همکاران (١٩٩٧) با افزايش سطوح مصرف کود نيتروژن ، تعداد دانه در بلال ، وزن هزار دانه و عملکرد دانه ذرت افزايش مييابد. بديهي است که وجود هر يک از نهاده هاي آب و کود براي رشد و افزايش عملکرد ضروري است و کمبود يکي از آنها بر کارايي مصرف ديگري مؤثر است . زماني که آب به کار رفته از طريق آبياري کمتر از مقدار نياز آبي گياه باشد استفاده از کود بر مبناي آبياري کامل باعث هدر رفت کود و افزايش آلودگي آب هاي زيرزميني ميشود (تيرکلاين و ويديال ٢٠٠٦). از طرف ديگر با توجه به نياز بالاي ذرت به عناصر غذايي و عدم توانايي اکثر خاکهاي زراعي در تأمين اين عناصر، ميزان مصرف کودهاي شيميايي در اين زراعت ، بسيار بالا است (ميرهادي ٢٠٠١). با توجه به اينکه به هنگام استفاده از کودهاي شيميايي در ابتداي فصل زراعي، ممکن است بخشي از فرم شيميايي قابل استفاده عناصر براي گياه به فرم هاي ديگر تبديل شود و يا از طريق آبشوئي از دسترس گياه خارج گردند، اين امر باعث ضررهاي اقتصادي و آلودگي محيط زيست نيز ميگردد، بنابراين جهت افزايش کارائي مصرف عناصر غذايي، روش هاي مصرف کود بايد به گونه اي تغيير کند که مواد غذايي مورد نياز گياه در طول يک مدت طولاني و بدون تلفات در اختيار گياه قرار گيرد (کندي و همکاران ٢٠٠٤). استفاده از کودهاي زيستي حل کننده فسفر و تثبيت کننده نيتروژن از جمله روش هاي عمليات زراعي بهينه است که ميتواند اين نقص را برطرف نمايد (وو و همکاران ٢٠٠٥). کودهاي زيستي، حاوي مواد نگهدارنده اي با جمعيت متراکم از يک يا چند نوع ميکروارگانيسم مفيد خاکزي هستند و يا به صورت فرآورده متابوليکي اين موجودات ميباشند که به منظور بهبود حاصلخيزي خاک و عرضه مناسب عناصر غذايي مورد نياز گياه در يک سيستم کشاورزي پايدار به کار مي روند. باکتريهاي آزادزي تثبيت کننده نيتروژن از قبيل .Azotobacter spp و Azospirillum .spp نه تنها باعث تثبيت نيتروژن ميشوند، بلکه قادر به توليد فيتوهورمون هايي مثل اسيد جيبرليک و ايندول استيک اسيد هستند که مي توانند باعث تحريک رشد گياه و جذب مواد غذايي و فتوسنتز شوند (محفوظ و شرف الدين ٢٠٠٧). در پژوهش پيرسته انوشه (٢٠١٠) که طي آن کودهاي زيستي در سطوح مختلف تنش خشکي براي گياه آفتابگردان مورد استفاده قرار گرفتند مشخص گرديد در تيمارهاي بدون تنش و تنش ملايم ، گياهان برخوردار از کود زيستي نيتروکسين بهترين عملکرد دانه را داشتند. لازم به ذکر است که در تنش هاي شديدتر، کودهاي زيستي نسبت به کودهاي شيميايي تأثير مثبت بيشتري بر عملکرد بيولوژيک گياه داشتند. دادرسان و همکاران (٢٠١٦) در مطالعه اثرات کم آبي و کودهاي زيستي و شيميايي روي گياه شنبليله
نشريه دانش کشاورزي و توليد پايدار. جلد ٢٧ شماره ٢. تابستان ١٣٩٦ گزارش کردند که به کارگيري ترکيب کودهاي شيميايي و زيستي عملکرد دانه را تحت شرايط تنش خشکي به طور معنيداري افزايش داد. اين محققان اظهار داشتند که کاربرد کودهاي بيولوژيک تحمل به خشکي را در اين گياه افزايش داد.
هدف از انجام اين تحقيق بررسي تأثير کاربرد کودهاي زيستي و شيميايي بر عملکرد و خصوصيات فيزيولوژيک گياه ذرت تحت شرايط مختلف آبياري بود.
همچنين بررسي اين مسأله که آيا کاربرد کودهاي زيستي يا شيميايي ميتواند اثر تنش خشکي بر گياه ذرت را تعديل نمايد هدف ديگر اين تحقيق بود.
مواد و روش ها
آزمايش در سال زراعي ١٣٩٠ به صورت اسپليت پلات در قالب طرح پايه بلوکهاي کامل تصادفي با سه تکرار در مزرعه تحقيقاتي دانشگاه کردستان اجرا شد.
اين مزرعه تحقيقاتي در ٤ کيلومتري جنوب شرقي شهرستان سنندج قرار دارد و داراي طول جغرافيايي ٤٧ درجه و ا دقيقه شرقي و عرض جغرافيايي ٣٥ درجه و ١٦ دقيقه شمالي بوده و ارتفاع آن از سطح دريا ١٣٠٠ متر است . اطلاعات مربوط به داده هاي هواشناسي در جدول ١ و نتايج تجزيه فيزيکي و شيميايي خاک محل انجام آزمايش در جدول ٢ آمده است .
ذرت رقم سينگل کراس ٧٠٤ دانه اي براي کاشت در اين آزمايش ، مورد استفاده قرار گرفت . در اين آزمايش ، سطوح آبياري، شامل : ١- آبياري مطلوب ( بعد از هر آبياري، زماني که پتانسيل آب خاک به ٣- بار رسيد، آبياري بعدي صورت گرفت )، ٢- تنش متوسط خشکي (بعد از هر بار آبياري ، هنگامي که پتانسيل آب خاک به ٧- بار رسيد، آبياري بعدي انجام گرفت ) و ٣- تنش شديد خشکي (بعد از هر بار آبياري زماني که پتانسيل آب خاک به ١١- بار رسيد، آبياري بعدي صورت گرفت ) در کرت هاي اصلي قرار گرفتند. تيمارهاي کودي
شامل عدم استفاده از کود (شاهد)، کود شيميايي (٣٠٠ کيلوگرم کود نيتروژن + ١٥٠ کيلوگرم کود فسفاته به ازاي هر هکتار)، کود زيستي فسفاته بارور٢ + نيتروکسين به صورت صد درصد (١٠٠ گرم فسفاته بارور ٢ و يک ليتر نيتروکسين به ازاي هر هکتار) و تلفيقي از دو نوع کود (شيميايي ٥٠% + کود زيستي فسفاته بارور ٢ و نيتروکسين به صورت ١٠٠%) سطوح فاکتور فرعي را تشکيل دادند. هر واحد کرت فرعي شامل يک کرت به مساحت ٢٠ متر مربع و پنج رديف کاشت به طول چهار متر با فاصله رديف ٧٥ سانتيمتر و فاصله بين بوته ها روي رديف ، ١٨ سانتي متر بود. براي تعيين ميزان رطوبت خاک مزرعه ، ابتدا منحني رطوبتي خاک توسط دستگاه Pressure plate تعيين گرديد و سپس براي هر بار آبياري، پتانسيل آب خاک به طور روزانه با استفاده از روش وزني، تعيين ميشد و پس از رسيدن پتانسيل آب خاک به مقادير مورد نظر، آبياري تيمارهاي مختلف شاهد و تنش خشکي انجام ميگرديد. بر اساس نتايج تجزيه خاک، کود فسفره مورد نياز گياه قبل از کاشت با خاک مخلوط گرديد. يک دوم کود نيتروژنه مورد نياز ذرت در موقع کاشت و بقيه کود در مرحله ٦ تا ٨ برگي به صورت سرک مصرف شد. مصرف کودهاي شيميايي بر اساس نتايج آزمون تجزيه خاک تعيين گرديد. در تيمارهايي که در آنها از کود زيستي استفاده گرديده بود، بذرها قبل از کاشت توسط کودهاي زيستي تلقيح شدند و سپس در سايه خشک شده و بلافاصله جهت کاشت مورد استفاده قرار گرفتند. کود زيستي نيتروکسين ، حاوي باکتريهاي جنس ازتوباکتر و آزوسپريليوم ميباشد که با جمعيت ١٠٨ عدد باکتري از هر کدام از جنس هاي فوق توليد و عرضه ميگردد. کود زيستي فسفاته بارور ٢ حاوي دو نوع باکتري از جنس باسيلوس ، گونه لنتوس (سويه P٥) و همچنين جنس سودوموناس ، گونه پوتيدا (سويه P١٣) ميباشد.
اندازه گيري صفات
براي اندازه گيري صفات فيزيولوژيک مورد نظر، ١٥ روز بعد از گلدهي پس از حذف اثرات حاشيه اي (در هر کرت ، حذف دو رديف کناري و همچنين دو بوته از ابتدا و انتهايي هر رديف ) از بوته هاي رديف هاي مياني که از يکنواختي يکساني برخوردار بودند نمونه هاي برگي (بالاترين برگ کاملا توسعه يافته ) تهيه شد. جهت تعيين عملکرد دانه نيز با رعايت اثر حاشيه دو مترمربع از هر کرت در مرحله رسيدگي کامل برداشت گرديد و پس از محاسبه ، بر حسب کيلوگرم در هکتار بيان شد.
اندازه گيري پرولين
به منظور اندازه گيري مقدار پرولين ، از روش بيتس و همکاران (١٩٧٣) استفاده شد. پس از تعيين مقدار پرولين در هر گرم وزن تر برگ ، با توجه به نسبت وزن خشک به وزن تر، غلظت پرولين بر حسب ميکرومول بر گرم وزن تر برگ ارائه شد. ميزان پرولين با استفاده از معادله ١ محاسبه گرديد.
اندازه گيري فعاليت آنزيم هاي پراکسيداز و کاتالاز
براي اندازه گيري فعاليت آنزيم هاي پراکسيداز و کاتالاز از عصاره پروتئيني استخراج شده از برگ پرچم استفاده شد سنجش فعاليت آنزيم پراکسيداز به روش مک آدام و همکاران (١٩٩٢) صورت گرفت . تغييرات جذب در طول موج ٤٧٠ نانومتر به مدت ١٨٠ ثانيه در ٢٥ درجه سانتيگراد با استفاده از اسپکتوفتومتر قرائت شد.
براي سنجش فعاليت آنزيم کاتالاز از روش چنس و ماهلي (١٩٩٥) استفاده گرديد. تغييرات جذب در ٢٤٠ نانومتر به مدت ٦٠ ثانيه در ٢٥ درجه با استفاده از اسپکتوفتومتر قرائت گرديد. در انتها، تغييرات آنزيمي بر حسب تغييرات جذب در دقيقه به ازاي هر ميليگرم پروتئين ، براي هر دو آنزيم بيان شد.
اندازه گيري پايداري غشاي سلولي در برابر تنش خشکي
به منظور اندازه گيري ميزان پايداري غشاي سلولي، دو هفته پس از گلدهي از هر واحد آزمايشي، ٥ عدد برگ پرچم برداشت شد و سپس در آزمايشگاه پنج برگ جدا شده به ١٥ قسمت مساوي تقسيم گرديدند. براي تعيين ميزان پايداري غشاء سلولي از روش بلوم و ابرکون (١٩٨١) استفاده شد. در نهايت ، درصد پايداري غشاء در برابر تنش خشکي با استفاده از فرمول زير محاسبه گرديد:
در رابطه فوق T2 و T1 به ترتيب ، ميزان هدايت الکتريکي نمونه ها، قبل و بعد از اتوکلاو در لوله هاي آزمايشي که به عنوان تنش در نظر گرفته شد و C2 و C1 به ترتيب ميزان هدايت الکتريکي نمونه ها قبل و بعد از اتوکلاو در لوله هايي که به عنوان شاهد در نظر گرفته شد، ميباشند و بر حسب μs.cm هستند. پس از تعيين درصد پايداري غشاء، درصد خسارت به غشاء به تناسب آن مشخص گرديد .استخراج کلروفيل با استفاده از استون و اندازه گيري آن به روش آرون (١٩٤٩) انجام گرفت . ميزان جذب نور توسط عصاره حاصل با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر و در طول موج ٦٦٣ و ٦٤٥ نانومتر تعيين گرديد. غلظت کلروفيل a،b و مجموع آنها از طريق روابط زير تعيين شد. در روابط زير v حجم نهايي نمونه استخراج شده و w وزن تر نمونه است .
اندازه گيري ميزان کلروفيل
استخراج کلروفيل با استفاده از استون و اندازه گيري آن به روش آرون (١٩٤٩) انجام گرفت . ميزان جذب نور توسط عصاره حاصل با استفاده از دستگاه نمونه است .
اسپکتروفتومتر و در طول موج ٦٦٣ و ٦٤٥ نانومتر تعيين گرديد. غلظت کلروفيل a،b و مجموع آنها از طريق روابط زير تعيين شد. در روابط زير v حجم نهايي نمونه استخراج شده و w وزن تر نمونه است .
محاسبات آماري
پس از اطمينان از نرمال بودن داده ها تجزيه و تحليل هاي آماري شامل تجزيه واريانس و مقايسه ميانگين داده ها با استفاده از نرم افزار آماري SAS، و رسم نمودارها با بهره گيري از نرم افزار Excel انجام گرفت . براي مقايسه ميانگين ها از روش LSD استفاده گرديد.
نتايج و بحث پرولين
تجزيه واريانس داده هاي مربوط به ميزان پرولين نشان داد که اثر سطوح آبياري و سطوح کودي و اثر توأم آن ها در سطح احتمال يک درصد بر ميزان پرولين ، معني دار است (جدول ٣). نتايج مقايسه ميانگين داده هاي مربوط به اثر توأم سطوح آبياري و کودي گوياي آن است که گياهان تحت تيمار آبياري مطلوب و ترکيب کود زيستي و شيميايي، با ميانگين ١.٥٤ ميکرومول بر گرم وزن تر برگ ، کمترين مقدار پرولين و گياهان تحت تيمار تنش شديد و عدم مصرف کود، بيشترين ميزان پرولين را دارا بودند (شکل ١). نتايج نشان ميدهد که با بروز تنش خشکي و افزايش شدت آن ، مقدار پرولين افزايش يافت به طوري که در گياهان تحت تنش شديد در مقايسه با گياهان تحت تنش ملايم و عدم تنش مقدار پرولين به ترتيب حدود ٢٧٠ و ٥٠ درصد افزايش پيدا کرد، اما کاربرد توأم کود زيستي و شيميايي تا حدودي ميزان پرولين را در گياه کاهش داد.
در طي خشکي طولاني مدت ، انتقال مواد به علت کاهش آب قابل دسترس ، منجر به تغيير غلظت برخي از متابوليت ها ميشود. از سوي ديگر ميزان محلول هاي سازگار به خشکي نظير قندها، قندهاي الکلي، آمينواسيدهاي ويژه نظير پرولين ، گليسين و بتائين افزايش مييابد (وو ٢٠٠٣). افزايش پرولين در طي تنش ممکن است نتيجه تجزيه ي پروتئين ها و همچنين کاهش استفاده از آن ها به دليل کاهش رشد گياه باشد. محمد و احمد (٢٠١٠) در مطالعه خود روي گندم اظهار داشتند که در شرايط تنش خشکي غلظت پرولين در ريشه و اندام هاي هوايي دو رقم گندم افزايش يافت . در بيان علت افزايش کمتر تجمع پرولين در گياه ذرت تحت تيمار کاربرد توأم کودهاي زيستي و شيميايي مي توان اظهار داشت که احتمالا تأمين مناسب عناصر غذايي مورد نياز گياه در نتيجه استفاده از اين تيمار کودي از يک طرف و همچنين اثرات مفيدي که ميکروارگانيسم هاي موجود در کودهاي زيستي فسفاته بارور٢ و نيتروکسين روي گياه گذاشته اند، مجموعا باعث گرديده است که اثر تنش خشکي روي گياه کاهش يابد و به تبع آن ، ميزان تجمع پرولين نيز در گياه کاهش يابد. باکتريهاي موجود در کود زيستي نيتروکسين ، علاوه بر تثبيت نيتروژن هوا و متعادل کردن جذب عناصر پر مصرف و ريز مغذي تابستان ١٣٩٦ مورد نياز گياه ، ترشح اسيدهاي آمينه و انواع آنتي بيوتيک ها را نيز بر عهده دارند (اختر و سيديکويي ٢٠٠٩). در ضمن ، باکتريهاي همزيست باعث افزايش سطح جذب ريشه گياه ميشوند که به ميزبان کمک ميکند تا ميزان آب بيشتري از خاک جذب نمايد و کمتر تحت اثرات تنش خشکي قرار گيرد (اگو ٢٠٠١). نادري و همکاران (٢٠١٣) در تحقيق خود روي ذرت نشان دادند که کاربرد توأم کودهاي زيستي و شيميايي در شرايط تنش و عدم تنش خشکي محتوي پرولين گياه را نسبت به شاهد بدون کود افزايش داد که با نتايج تحقيق حاضر در تناقض است .
