اثر سایکوسل و کودهای زیستی بر عملکرد کمی و کیفی، سرعت و طول دوره پر شدن دانه گندم در شرایط محدودیت آب
راضیه خلیلزاده1، رئوف سیدشریفی*2و جلال جلیلیان3
1) دانشجوی دکتری زراعت، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
2) استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
3) دانشیار گروه زراعت، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.
* نویسنده مسئول: raouf_ssharifi@yahoo.com
این مقاله برگرفته از رساله دکتری می باشد.
تاریخ دریافت: 15/01/95 تاریخ پذیرش: 06/04/95
چکیده
بهمنظور بررسی اثر سایکوسل و تلقیح بذر با ازتوباکتر و سودوموناس بر عملکرد کمی و کیفی، سرعت و طول دوره پر شدن دانه گندم تحت شرایط محدودیت آب، این آزمایش بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه پژوهشی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه محقق اردبیلی در سال زراعی 94-1393 اجرا شد. فاکتور اول شامل سطوح آبیاری در سه سطح (آبیاری کامل، آبیاری تا 50% مرحله سنبله دهی و آبیاری تا 50% مرحله چکمه‌زنی به ترتیب معادل کد 45 و 59 زادوکس)، و فاکتور دوم شامل تلقیح بذر با کودهای زیستی در چهار سطح (عدم تلقیح به عنوان شاهد، تلقیح با ازتوباکتر کروکوکوم استرین 5، سودوموناس پوتیدا استرین 186 و کاربرد همزمان ازتوباکتر و سودوموناس) و فاکتور سوم شامل محلولپاشی با سایکوسل در چهار سطح (عدم مصرف، 400، 800 و1200 میلی‌گرم در لیتر سایکوسل) بود. نتایج نشان داد که اثر محدودیت آبی، کودهای زیستی و سایکوسل بر طول دوره پر شدن دانه (در سطح احتمال یک درصد) و عملکرد کمی (در سطح احتمال پنج درصد) و محتوای پروتئین (در سطح احتمال یک درصد) دانه معنی‌دار گردید. بیشترین عملکرد دانه (3822 کیلوگرم در هکتار) از ترکیب تیماری محلولپاشی 1200 میلی‌گرم در لیتر سایکوسل، تلقیح بذر با ازتوباکتر و سودوموناس در شرایط آبیاری کامل و کمترین آن (7/1409 کیلوگرم بر هکتار) در شرایط قطع آبیاری در مرحله چکمه‌زنی مربوط به عدم محلولپاشی سایکوسل و عدم تلقیح بذر بود. اعمال قطع آبیاری در مرحله چکمه‌زنی موجب بیشترین کاهش در اکثر صفات مرتبط با عملکرد و اجزای عملکرد و حداکثر کارایی فتوشیمیایی II در گندم شد.
واژه‌های کلیدی: تنظیم کننده رشد، محدودیت آبی و عملکرد.
مقدمه
تنش‌های زیستی و غیرزیستی از عوامل اصلی کاهش عملکرد محسوب می‌شوند. در میان تنش‌های غیرزنده، تنش خشکی عامل اصلی محدود کننده رشد گیاه در مناطق خشک و نیمه خشک است. بخش عمده‌ای از مناطق تحت کشت گندم در چنین شرایط آب و هوایی قرار دارد. در همچون مناطقی کاهش نزولات و توزیع نامناسب آن موجب محدودیت عملکرد دانه گندم می‌شود (Garcia Del Moral et al., 2003). پر شدن دانه معمولاً 15 روز بعد از گرده‌افشانی شروع می‌شود که اندازه و وزن نهایی دانه، در نهایت عملکرد دانه را در مرحله رسیدگی کامل تعیین می‌کند (Sangtarash, 2010). وزن نهایی دانه بهعنوان یکی از اجزای تعیین کننده عملکرد گندم است که به وسیله سرعت و دوره پر شدن دانه مشخص می‌شود. طولانی بودن این دوره امکان انتقال مواد فتوسنتزی بیشتر از مبداء به مقصد و در نتیجه افزایش عملکرد دانه را فراهم می‌سازد. نظر بر این است که تعداد و وزن دانه در طول گرده‌افشانی یا مدت کوتاهی بعد از مرحله گرده‌افشانی تنظیم می‌شوند و تغییر در توانایی جذب آب در در این دوره رشدی، می‌تواند تأثیر عمده در عملکرد گندم داشته باشد (Hammer et al., 2009; Shakiba et al., 1996). امروزه روش‌های مختلفی برای مقابله با اثر ناشی از تنش در نظر گرفته شده است. در میان روش‌های مدیریتی، برخی هورمون‌ها و ریزوباکترهای محرک رشد گیاه، تحمل گیاه را در برابر شرایط تنش‌زای محیط افزایش می‌دهند (Hoque and Haque, 2002). برخی از سازوکار‌های مرتبط با اثر مفید این باکتریها به توانایی آن‌ها در تولید ترکیبات مختلف (مثل فیتوهورمون‌ها، ویتامین‌ها و سیدروفورها)، تثبیت نیتروژن اتمسفری و انحلال فسفات معدنی و آلی را شامل می‌شود (Kader et al., 2002; Rudresha et al., 2002). با این حال برخی از سازوکار‌های ناشناخته نیز ممکن است وجود داشته باشند، و یکی از محتمل‌ترین سازوکار‌های عمل در بهبود رشد گیاه می‌تواند تغییرات در سطوح درونی مواد تنظیم کننده رشد گیاه ناشی از [1]PGPR باشد (Dommelen et al., 2009; Singh et al., 2004). در سال‌های اخیر، یک روش جدید برای کاهش و یا تعدیل اثر تنش خشکی در گیاهان، تیمار بذر با ریزوباکترهای محرک رشد گیاه حاوی (ACC)- دی آمیناز می‌باشد که ACC (پیش ساز سنتز اتیلن) را به آمونیوم و کتوبوتیرات هیدرولیز می‌کند (Yang et al., 2003). گیاهانی که با PGPR های حاوی ACC- دی آمیناز تلقیح می‌شوند به طور چشمگیری متحمل به اثرات اتیلن تنشی هستند که در نتیجه شرایط محدودیت آبی ساخته می‌شوند (Zahir et al., 2007; Vessey, 2003). از این رو تلقیح بذر با باکتری‌های تلقیح کننده می‌تواند ساخت اتیلن داخلی را کاهش داده و تحمل گیاه به تنش به دلیل کاهش تولید اتیلن ممکن است افزایش یابد. این باکتریها به طور طبیعی در خاک‌ها وجود دارند ولی تعداد و تراکم آن‌ها در خاک پایین است، بنابراین تلقیح بذر با این باکتریها می‌تواند جمعیت آن‌ها را به حد مطلوب رسانده و در نتیجه منجر به بروز اثر مفید آن‌ها در خاک گردند (Cakmakci et al., 2007). سایکوسل از مهمترین کاهش دهنده‌های رشد گیاهی بوده و مانع از تبدیل چرخه‌ای ژرانیل پیرو فسفات به کوپالیل پیرو فسفات شده و به تدریج بازدارنده سنتز جیبرلین می‌شود (Wang et al., 2009). این ماده موجب بهبود توازن آب و جلوگیری از پژمردگی شده و ظرفیت فتوسنتزی و تخصیص مواد فتوسنتزی را به دانهها افزایش می‌دهد (Wang et al., 2009; Saini et al., 1987). سایکوسل احتمالاً با بستن روزنه‌ها بر میزان فتوسنتز اثر می‌گذارد، طوری‌که پس از مصرف این مواد سرعت فتوسنتز تاحدودی کاهش می‌یابد (کوچکی و سرمدنیا، 13941). به بیانی دیگر این ماده اگر چه موجب کاهش تعرق و فتوسنتز می‌شود. ولی می‌تواند نقش مهمی را در بهبود رشد گیاه از طریق به حداکثر رسیدن پتانسیل آبی ایفا کند. بررسی‌ها نشان می‌دهد محلولپاشی سایکوسل انتقال سیتوکینین را از ریشه به ساقه افزایش می‌دهد که منجر به افزایش طول دوره رشد، فتوسنتز و افزایش عملکرد می‌گردد (Omidi et al., 2005). Singh و همکاران (2002) نشان دادند که استفاده از سایکوسل ارتفاع گیاه را تا 23 درصد کاهش و عملکرد دانه را به طور معنیداری افزایش داد. نتایج مشابهی نیز در مورد کاربرد خارجی سایکوسل بر افزایش عملکرد دانه در جو (Ma and Smith, 1991) و برنج (Akinrinde,2006) گزارش شده است. گزارش شده که کاربرد سایکوسل تا حدی کاهش رشد، عملکرد و برخی صفات بیوشیمیایی را تعدیل می‌کند. اثرات تعدیلی سایکوسل می‌تواند به دلایل مختلفی مانند بسته شدن روزنه، افزایش محتوای کلروفیل، افزایش غلظت CO2 و تغییرات تحریک کنندگی در سایر ویژگی‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی باشد (Pirasteh-Anosheh et al., 2012). سایکوسل همچنین می‌تواند موجب تحریک رشد ریشه، کاهش تعرق، افزایش کارایی مصرف آب، جلوگیری از تخریب کلروفیل و در نتیجه موجب بهبود تحمل گیاه به تنش گردد (Wang et al., 2010). به دلیل اهمیت تلقیح بذر با باکتری‌های محرک رشدی و نقش سایکوسل در بهبود عملکرد گندم تحت شرایط محدودیت آبی، این بررسی به منظور ارزیابی اثر توام این دو عامل بر عملکرد کمی و کیفی رشد دانه گندم تحت محدودیت آبی انجام گرفت.
مواد و روش ها
این تحقیق در سال زراعی 94-1393 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه محقق اردبیلی با مختصات جغرافیایی 38 درجه و 15 دقیقه عرض شمالی و 48 درجه و 20 دقیقه طول شرقی با ارتفاع 1350 متر از سطح دریا به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. فاکتور اول شامل محدودیت آبی در سه سطح (آبیاری کامل به عنوان شاهد، آبیاری تا 50% مرحله سنبله دهی[2] و آبیاری تا 50% مرحله چکمه‌زنی[3] بهترتیب معادل کد 45 و 59 زادوکس)، فاکتور دوم شامل تلقیح بذر با کودهای زیستی در چهار سطح (عدم تلقیح به عنوان شاهد، تلقیح با ازتوباکترکروکوکوم استرین 5، سودوموناس پوتیدا استرین 186و کاربر توأم این دو باکتری) و فاکتور سوم شامل محلولپاشی با سایکوسل در چهار سطح (عدم مصرف، 400، 800 و1200 میلی‌گرم در لیتر سایکوسل) بود. متوسط دما و بارندگی ماهانه منطقه مورد آزمایش در طول فصل رشد در جدول 1 آورده شده است. عملیات تهیه زمین شامل شخم، دیسک و تسطیح بود. خاک مزرعه دارای بافت لومی رسی با pH برابر 2/8، شوری 59/1 دسی زیمنس بر متر و با درصد نیتروژن 12/0 و میزان فسفر 3/8 میلی‌گرم در کیلوگرم بود.
جدول 1: متوسط دما و بارندگی ماهانه منطقه مورد آزمایش طی فصل رشد در سال 1393
|
ماه‌های سال
|
میانگین حداکثر دما
(C ه)
|
میانگین حداقل دما
(C ه)
|
میانگین ماهانه
دما (C ه)
|
میانگین بارندگی ماهانه (میلیمتر)
|
|
اردیبهشت
|
4/22
|
4/22
|
3/15
|
4/35
|
|
خرداد
|
0/25
|
0/25
|
8/17
|
5/24
|
|
تیر
|
5/25
|
5/25
|
4/19
|
2/12
|
|
مرداد
|
4/26
|
4/26
|
8/19
|
4/0
|
رقم مورد استفاده رقم بهاره آتیلا 4 بود که از شرکت کشت و صنعت مغان تهیه شد و در کرت‌هایی به مساحت دو متر مربع (شامل پنج خط کاشت به طول 2 متر و با فاصله بین ردیفی 20 سانتی‌متر) و تراکم 400 بذر در متر مربع کاشته شد. زمان کاشت 20 شهریور ماه بود. کاشت بذر در عمق 3 تا 4 سانتیمتری و به صورت هیرمکاری و با دست انجام شد. برای تلقیح بذر میزان هفت گرم مایه تلقیح که هر گرم آن حاوی107عدد باکتری زنده و فعال در هر گرم بود، استفاده گردید. همچنین از محلول صمغ عربی برای چسبندگی بهتر مایه تلقیح به بذرها استفاده شد (Seyed Sharifi and Khavazi, 2011). تمامی عملیات در محیط سایه و دور از نور آفتاب انجام شد. باکتریها از موسسه تحقیقات آب و خاک تهیه شد. محلولپاشی سایکوسل در دو مرحله از دوره رشد رویشی (مرحله 4 تا 6 برگی و مرحله ساقه دهی) انجام شد (Mosali et al., 2006). کنترل علف‌های هرز در طول دوره رشد به روش دستی انجام گرفت. زمان برداشت 20 شهریور ماه بود. بهمنظور بررسی ویژگی‌های مربوط به پر شدن دانه نظیر سرعت، طول دوره و دوره موثر پر شدن دانه، از 14 روز بعد از گلدهی در فواصل زمانی هر چهار روز یک‌بار از خطوط اصلی هر کرت سه بوته به تصادف انتخاب و دانهها از خوشه جدا شدند. در مرحله بعدی وزن خشک تک بذر از محاسبه وزن خشک کل به تعداد بذر برآورد گردید (Ronanini et al., 2004). بهمنظور برآورد، تجزیه و تحلیل و تفسیر ویژگی‌های مربوط به پر شدن دانه از یک مدل رگرسیون خطی (دو تکهای) با استفاده از رویه DUD و دستور العمل Proc NLIN استفاده گردید. رویه DUD تنها روش ارائه شده در نرم افزار SAS است که امکان برآورد مدل دو تکهای پر شدن دانه را در تمامی گیاهان زراعی فراهم می سازد (سلطانی 1377). در 
این روش دوره پر شدن دانه با استفاده از رابطه زیر قابل براورد می باشد.
GW = رابطه 1:
در این رابطه GW وزن دانه، t زمان، b شیب خط تا مرحله رسیدگی وزنی که بیانگر سرعت پر شدن دانه است، t0 پایان دوره پر شدن دانه و a عرض از مبدا است. این مدل تغییرات وزن دانه نسبت به زمان را به دو مرحله تفکیک می کند: مرحله اول که در حقیقت مرحله خطی پر شدن دانه است، وزن دانه تا رسیدن به حداکثر مقادیر خود در زمان t0 که در حقیقت زمان رسیدگی وزنی است، به صورت خطی افزایش پیدا می کند. شیب خط رگرسیون در این مرحله (t ‹ t0) سرعت پر شدن دانه را نشان می‌دهد (Ellis and Pieta-Filho, 1992). با برازش این مدل بر تمامی داده‌ها ابتدا دو پارامتر مهم پر شدن دانه یعنی سرعت پر شدن دانه (b) و زمان رسیدگی وزنی (t0) بهدست آمده و سپس مقدار عددی t0 در قسمت دوم رابطه قرار داده شد و GW که وزن دانه است محاسبه گردید.
برای تعیین دوره موثر پرشدن دانه از رابطه EFP=MGW/GFR استفاده شد (Ellis and Pieta-Filho, 1992). در این رابطهEFP دوره موثر پرشدن دانه،MGW حداکثر وزن دانه و GFR سرعت پر شدن دانه یا شیب خط برازش شده است. میزان فلورسانس کلروفیل برگ پرچم در تیمارهای مختلف از 46 روز بعد کاشت هر چهار روز یک بار توسط دستگاه فلورومتر (OS-30p) اندازه گیری شد. در هر مرحله از هر تیمار بهطور تصادفی شش برگ پرچم توسعه یافته (در فاصله زمانی ساعت 10-8 صبح) انتخاب و بعد از 15 دقیقه تاریکی توسط کلیپس‌های مخصوص، شاخص‌های F0 (حداقل فلورسانس از برگ سازگار شده با تاریکی)، Fm (حداکثر فلورسانس در برگ سازگار شده با تاریکی) و Fv/Fm (حداکثر عملکرد کوآنتومی فتوسیستم دو در شرایط سازگار شده با تاریکی) اندازه‌گیری شدند.
در این بررسی اجزای عملکرد و برخی صفات مرتبط با آن نظیر ارتفاع بوته و تعداد دانه در سنبله از 12 بوته انتخابی که به تصادف و از خطوط اصلی هرکرت برداشت شده بود، اندازه‌گیری شد و میانگین داده‌های حاصل بهعنوان ارزش آن صفت در تجزیه و تحلیل داده ها به کار گرفته شد. عملکرد دانه از خطوط اصلی هر کرت و از بین بوته‌های رقابت کننده از سطحی معادل 4/0 مترمربع بهدست آمد. برای تجزیه داده‌ها و رسم نمودارها از نرم افزارهای SAS و EXCEL استفاده شد.
نتایج و بحث
تعداد دانه در سنبله
نتایج نشان داد که تعداد دانه در سنبله تحت تأثیر باکتری محرک رشد در سطح احتمال یک درصد و بر همکنش سایکوسل و باکتری محرک رشد در سطح احتمال پنج درصد قرار گرفت (جدول 2). بالاترین تعداد دانه در سنبله به محلولپاشی 1200 میلی‌گرم در لیتر سایکوسل و تلقیح بذر با ازتوباکتر و سودوموناس حاصل شد (جدول 6) و کمترین آن از عدم محلولپاشی سایکوسل و عدم تلقیح بذر بهدست آمد (جدول 6) که از اختلاف 44 درصدی با یکدیگر برخوردار بودند. Wang و همکاران (2009) اظهار داشتند که محلولپاشی با غلظت بالای سایکوسل گرچه موجب رشد آهسته گیاه می‌گردد، ولی میزان گلچه‌های بارور و عملکرد دانه را افزایش داده است. ضمن آنکه تیمار سایکوسل ظرفیت فتوسنتزی و تخصیص مواد فتوسنتزی را به مخازن افزایش می‌دهد. با توجه به اینکه سنبله‌های بلندتر دارای تعداد دانه بیشتری هستند، لذا تعداد دانه در سنبله بهطور غیر مستقیم در عملکرد دانه نقش مهمی دارد. بنابراین محلولپاشی سایکوسل ممکن است یک عمل امیدبخش برای بهبود عملکرد محصول تحت شرایط رشد نا‌مطلوب باشد (Saini et al., 1987). برخی معتقدند تلقیح بذر با باکتری‌های محرک رشد موجب تثبیت بیولوژیکی نیتروژن می‌گردد که به نوبه خود در افزایش تعداد دانه در سنبله موثر است (Dommelen et al., 2009). Kader و همکاران (2002) و خیری زاده و همکاران (1394) در بررسی اثر تلقیح ازتوباکتر بر صفاتی مانند ارتفاع نهایی بوته، تعداد و طول سنبله‌ها، وزن خشک ریشه، عملکرد دانه گندم گزارش نمودند که هر یک از این صفات مورد بررسی بهواسطه تلقیح بذر افزایش یافت. تلقیح بذر با باکتری‌های محرک رشد، به دلیل اثر مثبتی که طی فرآیندهای مختلفی از قبیل تثبیت نیتروژن، تولید هورمون‌های محرک رشد و ترشح آنزیم‌های فسفاتاز و اسیدهای آلی دارند موجب افزایش عملکرد و اجزای عملکرد در گیاهان می‌شوند (Vessey, 2003؛ Yang et al., 2003). Rai و Caur (1998) در بررسی اثر تلقیح منفرد و دوگانه ازتوباکتر و آزوسپیریلیوم در گندم گزارش کردند که تلقیح دوگانه سویه‌های کارامد ازتوباکتر و آزوسپیریلیوم در ژنوتیپ‌های گندم در شرایط تنش اثرات مثبتی بر ارتفاع بوته، تعداد دانه در سنبله، عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیکی در گونه‌های گندم دارد. هورمون‌هایی مثل اکسین، جیبرلین و سیتوکینین توسط بسیاری از گونه‌های ازتوباکتر سنتز می‌شوند (Singh et al., 2004)، و احتمال دارد کودهای زیستی بهدلیل فراهمی مواد غذایی و بهبود کارایی فتوسنتز (شکل 2) موجب افزایش تعداد دانه در سنبله شده است. تانوار و همکاران (Tanwar et al., 2002) اظهار داشتند ازتوباکتر و سودوموناس با اثر مثبت بر جذب عناصر ماکرو و ضروری نظیر N، P و K، بهبود توزیع آب در گیاه و افزایش فعالیت نیترات ردوکتاز و تولید برخی هورمون‌ها، موجب افزایش اجزای عملکرد می‌شود.
