پاسخ‌های فیزیولوژیکی و آنتی‌اکسیدانی گیاه برنج (Oryza sativa L.) در واکنش به کم‌آبیاری و کاربرد برخی کودهای پتاسیمی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 دانشیار، گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 دانشیار، گروه زراعت، پژوهشکده ژنتیک و زیست‌فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

4 استادیار، گروه زراعت، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

5 استادیار، موسسه تحقیقات برنج کشور-معاونت مازندران، سازمان تحقیقات، آموزش و کشاورزی. آمل، ایران

چکیده

به‌منظور بررسی اثر کم‌آبیاری و کارآیی برخی کودهای پتاسیمی روی برخی صفات فیزیولوژیکی و فعالیت آنزیم­های آنتی‌اکسیدانی گیاه برنج (رقم طارم هاشمی)، پژوهشی مزرعه‌ای در سال 1395 در دو ایستگاه آمل و سوادکوه شمالی انجام گرفت. روش‌های مختلف آبیاری در دو سطح (غرقاب دائم و غرقاب نمودن پس از کاهش ارتفاع آب به پایین‌تر از 10 سانتی‌متر از سطح خاک) و کاربرد کودهای مختلف پتاسیمی شامل سولفات پتاسیم، کلریدپتاسیم و کود زیستی پتاسیمی در نه سطح بودند. براساس یافته‌ها، با اعمال کم‌آبیاری میزان محتوی نسبی آب (RWC) و پروتئین محلول برگ به‌طور معنی‌داری در هر دو ایستگاه کاهش یافت. هم‌چنین، میزان تجمع پرولین و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان کاتالاز، آسکوربات‌پراکسیداز و گایاکول‌پراکسیداز در گیاه برنج تحت کم‌آبی افزایش یافتند. میزان پراکسیدهیدروژن و نشانگر زیستی مالون‌دی‌آلدهید نیز تحت تأثیر تیمار کم‌آبی به‌طور معنی‌داری در ایستگاه آمل افزایش یافت، درحالی‌که این افزایش در ایستگاه سوادکوه معنی‌دار نبود. نتایج حاکی از اثر مثبت کاربرد کود پتاسیم در شرایط کم‌آبی از طریق افزایش پروتئین محلول، در هر دو ایستگاه و RWC و فعالیت آنزیم آسکوربات‌پراکسیداز در ایستگاه آمل بود. هم‌چنین، بیش‌ترین میزان عملکرد شلتوک از برهم‌کنش تیمارهای آبیاری غرقاب دائم و کاربرد نیمی از کود سولفات پتاسیم به‌صورت پایه و نیمی از کود کلریدپتاسیم در مرحله سرک به‌دست آمد که به‌ترتیب 8/22 و 1/25 درصد بیش‌تر از سطح عدم کاربرد کود در ایستگاه‌های آمل و سوادکوه بود. در مجموع، نتایج بیانگر اثربخشی مطلوب کاربرد کودهای سولفات پتاسیم و کلریدپتاسیم در تعدیل اثرات نامطلوب تنش کم‌آبی بر عملکرد شلتوک گیاه برنج بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Physiological and Antioxidant Responses of Rice (Oryza sativa L.) Plant in Response to Deficit Irrigation and Application of Certain Potassium Fertilizers

نویسندگان [English]

  • Seyed Hossein Mohseni 1
  • Mohammad Ali Esmaeli 2
  • Hemmatollah Pirdashti 3
  • Rahmat Abbasi 4
  • Morteza Nasiri 5
1 PhD Student, Department of Agronomy, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Associate Professor, Department of Agronomy, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Associate Professor, Department of Agronomy, Genetics and Agricultural Biotechnology Institute of Tabarestan, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
4 Assistant Professor, Department of Agronomy, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
5 Assistant Professor, Rice Research Institute of Iran- Mazandaran Branch, Agricultural Research, Extension Organization (AREEO), Amol, Iran
چکیده [English]

In order to evaluate the effect of deficit irrigation and certain types of potassium fertilizers on some physiological characteristics and antioxidant enzymes activity in rice (cv. Tarom Hashemi), two field experiments were conducted in the Amol and Savadkouh stations. Treatments were different irrigation methods at two levels (flooding, flooding after falling water depth under 10 cm of soil surface) and the application of different potassium fertilizers including potassium sulphate, potassium chloride and potassium biofertilizer at nine levels. Based on the results, relative water content (RWC) and soluble leaf proteins significantly decreased under deficit irrigation in both two stations as compared to flooding irrigation treatment. Also, the accumulation of proline and the activity of antioxidant enzymes such as catalase, ascorbate peroxidase (APX) and guaiacol peroxidase in both two stations, and the amount of hydrogen peroxide and malondialdehyde in the Amol station increased under deficit irrigation. Results demonstrated a positive effect of potassium fertilizer application through significant increment in soluble leaf proteins in both two stations.  Also, RWC and APX activity were increased in Amol station under limited irrigation condition. The highest amounts of grain yield was obtained from the50% of potassium sulfate (as basal) and 50% of potassium chloride (as top dressing) treatment under deficit irrigation that was around 22.8 and 21.5% higher than the control treatment in both Amol and Savadkouh stations, respectively. Generally, results showed an optimal effectiveness of potassium sulfate and potassium chloride application reducing undesirable effects of water deficit stress on rice grain yield.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Relative water content
  • Proline
  • Potassium sulfate
  • Potassium chloride

مراجع

آقاجانی دلاور، ع. 1395. بررسی نقش قارچ شبه‌میکوریز Piriformospora indica بر خصوصیات مورفولوژیک، فیزیولوژیک و عملکرد دو رقم برنج در شرایط کم‌آبیاری. پایان‌نامه دکتری زراعت. دانشگاه فردوسی مشهد. 186 صفحه.
آمارنامه سازمان جهاد کشاورزی. 1394. آمارنامه کشاورزی، محصولات زراعی (جلد اول). وزارت جهاد کشاورزی، معاونت برنامه‌ریزی و اقتصادی، مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات. 174 صفحه.
آمارنامه سازمان جهاد کشاورزی استان مازندران. 1396. زراعت برنج در استان مازندران. معاونت بهبود تولیدات گیاهی، سازمان جهاد کشاورزی استان مازندران. 6 صفحه.
ﺗﺮﺣﻤﯽ، گ.، ﻻﻫﻮﺗﯽ، م. و. ﻋﺒﺎﺳﯽ، ف. 1389. ﺑﺮرﺳﯽ اﺛﺮات ﻧﺎﺷﯽ از ﺗﻨﺶ ﺧﺸﮑﯽ ﺑﺮ روی ﺗﻐﯿﯿﺮات ﻗﻨﺪﻫﺎی ﻣﺤﻠﻮل، ﻣﯿﺰان ﮐﻠﺮوﻓﯿﻞ و ﭘﺘﺎﺳﯿﻢ در ﮔﯿﺎه ﻧﻮروزک. مجله ﻋﻠﻮم زﯾﺴﺘﯽ، 3 (1): 7-1.
حیدری، م. و مصری، ف. 1389. بررسی سطوح مختلف شوری بر واکنش‌های فیزیولوژیکی و جذب عناصر سدیم و پتاسیم درگندم. تنش‌های محیطی در علوم زراعی، 3 (1): 94-83.
خورشیدی، م.، رحیم‌زاده، ب.، میرهادی، م. و نورمحمدی، ق. 1381. بررسی اثرات تنش خشکی در مراحل رشد سیب‌زمینی. مجله علوم زراعی ایران، 4 (1): 59-48.
عرفانی، ع. 1395. دستورالعمل تولید برنج سالم در شرایط کشاورزی پایدار. انتشارات معاونت مؤسسه تحقیقات برنج کشور-معاونت مازندران. 111 صفحه.
فرخی‌نیا، م.، رشدی، م.، پاسبان اسلام، ب. و ساسان‌دوست، ر. 1390. بررسی برخی از ویژگی‌های فیزیولوژیک و عملکرد گلرنگ بهاره تحت تنش کمبود آب. مجله علوم گیاهان زراعی ایران، 4 (3): 553-545.
محمدیان، م. 1395. مدیریت تلفیقی تغذیه گیاه برنج در شرایط تولید پایدار. دستورالعمل تولید برنج سالم در شرایط کشاورزی پایدار. انتشارات معاونت مؤسسه تحقیقات برنج کشور- معاونت مازندران. 42-24.
یوسفیان، م. 1389. مطالعه کارایی مصرف آب در کشت نشایی برنج (ارقام طارم و شیرودی). پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد رشته آبیاری و زهکشی. دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان. 97 صفحه.
Abbasi, M. R. and Sepaskhah, A. R. 2011. Response of different rice cultivars (Oryza sativa L.) to watersaving irrigation in greenhouse conditions. International Journal of Plant Production, 5 (1): 37-47.
Aebi, H. 1984. Catalase in vitro. Method of Enzymology, 105: 121-126.
Asada, K. 2000. The water -water cycle as alternative photon and electron sinks. Philosophical Transactions of the Royal Society, 355 (1402): 1419-1431.
Bakhshandeh, E., Pirdashti, H. and Shahsavarpour Lendeh, K. 2017a. Phosphate and potassium-solubilizing bacteria effect on the growth of rice. Ecological Engineering, 103: 164-169.
Bhiah, K., Guppy, P., Lockwood, P. and Jessop, R. 2010. Effect of potassium on rice lodging under high nitrogen. 19th World Congress of Soil Science, Soil Solutions and Changing World, Brisbane, Australia.
Carmeis Filho, A. C. A., Crusciol, C., Nascente, A., Mauad, M. and Garcia, R. 2017. Influence of potassium levels on root growth and nutrient uptake of upland rice cultivar. Revista Caatinga, 30 (1): 32-44.
Chaitanya, K., Sundar, D., Masilamani, S. and Ramachandra, R. A. 2002. Variation in heat stress induced antioxidant enzyme activities among three mulberry cultivars. Plant Growth Regulation, 36: 175-180.
Farooq, M., Wahid, A., Lee, D. J., Ito, O. and Siddique, K. H. M. 2009. Advances in drought resistance of rice. Critical Reviews in Plant Science, 28: 199-217.
Gill, S. S. and Tuteja, N. 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48: 909-930.
González, L. and González-Vilar, M. 2001. Determination of Relative Water Content. In: Reigosa Roger, M. J. (eds) Handbook of Plant Ecophysiology Techniques. Springer, Dordrecht.
Gopalakrishnan, S., Humayun, P., Kiran, B. K., Kannan, I. G. K., Vidya, M. S., Deepthi, K. and Rupela, O. 2011. Evaluation of bacteria isolated from rice rhizosphere for biological control of charcoal rot of sorghum caused by Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 27: 1313-1321.
Hanson, A. D. and Hitz, W. D. 1982. Metabolic responses of mezophytes to plant water deficit. Annual Review of Plant Physiology, 33: 163-203.
Ibragimov, N., Evett, S. R., Esanbekov, Y., Kamilov, B. S., Mirzaev, L. and Lamers, J. P. A. 2007. Water use efficiency of irrigated cotton in Uzbekistan under drip and furrow irrigation. Agricultural Water Management, 90: 112-120.
IRRI, PhilRice, NIA and BASC. 2005. Aerobic Rice: A water-saving technology in development. www.irri.com.
Jubany-Mari, T., Prinsen, E., Munne-Bosch, S. and Alegre, L. 2010. The timing of methyl jasmonate, hydrogen peroxide and ascorbate accumulation during water deficit and subsequent recovery in the Mediterranean shrub Cistus albidus L., Environmental and Experimental Botany, 69: 47-55.
Kong, L., Sun, M., Wang, F., Liu, J., Feng, B., Si, J., Zhang, B., Li, S. and Li, H. 2014. Effects of high NH4+ on K+ uptake, culm mechanical strength and grain filling in wheat. Front. Plant Science, doi: 10.3389/fpls.2014.00703.
Lal, A. and Edwards, G. E. 1996. Analysis of inhibition of photosynthesis under water stress in the C4 species Amaranthus cruentus and Zea mays: electron transport, CO2 fixation and carboxylation capacity. Australian Journal of Plant Physiololy, 23: 403-412.
Manivannan, P., Jaleel, C. A., Sankar, B., Kishorekumar, A., Somasundaram, R., Alagu Lakshmanan, G. M. and Panneerselvam, R. 2007. Growth, biochemical modifications and proline metabolism in Helianthus annuus L. as induced by drought stress. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 59: 141-149.
Marques, D. J., Broetto, F., Ferriera, M. M., Klynger, A., Lobato, S., de Avila, F. W. and Pereira, F. J. 2014. Effect of potassium sources on the antioxidant activity of eggplant. The Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38: 1836-1842.
Marschner, H. 1995. Mineral Nutrition of Higher Plants, 2nd ed. Academic Press, California, USA.
Mohd Zain, N. A. and Ismail, M. R. 2016. Effects of potassium rates and types on growth, leaf gas exchange and biochemical changes in rice (Oryza sativa) planted under cyclic water stress. Agricultural Water Management, 164: 83-90.
Moller, I. M., Jensen, P. E. and Hansson, A. 2007. Oxidative modifications to cellular components in plants. Annual Review of Plant Biology, 58: 459-481.
Paquine, R. and Lechasseur, P. 1979. Observation sur une methode dosage la libre dans les de plants. Canadian Journal of Botany, 57: 1851-1654.
Parmar, P. and Sindhu, S. S. 2013. Potassium solubilizing by rhizosphere bacteria: influence of nutritional and environment conditions. Journal of Microbiology Research, 3 (1): 25-31.
Parry, M. A. J., Andralojc, P. J., Khan, S., Lea, P. J. and Keys, A. J. 2002. Rubisco activity: effects of drought stress. Annal Botany, 89: 833-839.
Pasternak, T., Rudas, V., Potters, G. and Jansen, M. 2005. Morphogenic effects of abiotic stress: reorientation of growth in Arabidopsis thaliana seedlings. Environmental and Experimental Botany, 53: 299-314.
Pervez, H., Ashraf, M. and Makhdum, M. I. 2004. Influence of potassium nutrition ongas exchange characteristics and water relations in cotton (Gossypium hirsutum L.). Photosynthetica, 42: 251-255.
Rad, H. E., Aref, F. and Rezaei, M. 2012. Rice growth and yield components respond to changes in water salinity stress. World Applied Sciences Journal, 20: 997-1007.
Sergive, I., Alexieva, V. and Karanov, E. 1997. Effect of spermine, atrazine and combination between them on some endogenous protective systems and stress markers in plants. Comptes Rendus de l'Académie Bulgare Des Sciences, 51: 121-124.
Sharma, P. and Dubey, R. S. 2005. Drought induces oxidative stress and enhances the activities of antioxidant enzymes in growing rice seedlings. Plant Growth Regulation, 46: 209-221.
Shin, R. 2014. Strategies for improving K use efficiency in plants. Moleculles and Cells, 37 (8): 575-584.
Soleimanzadeh, H., Habibi, D., Ardakani, M. R., Paknejad, F. and Rejali, F. 2010. Effect of potassium levels on antioxidant enzymes and malondialdehyde content under drought stress in Sunflower (Helianthus annuus L.). American Journal of Agricultural and Biological Sciences, 5 (1): 56-61.
Tang, W. and Newton, R. J. 2005. Peroxidase and Catalase activities are involved in direct adventitious shoot formation induced by thidiazuron in eastern white pine (Pinus strobus L.) zygotic embryos. Plant Physiology and Biochemistry, 43: 730-769.
Tripathi, B. N., Bhatt, I. and Dietz, K. J. 2009. Photosynthetic organism. Protoplas, 235: 3-15.
Umar, S. 2006. Alleviating adverse effects of water stress on yield of sorghum, mustard and groundnut by potassium application. Pakistan Journal of Botany, 38: 1373-1380.
Vessy, K. 2003. Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizars. Plant and Soil, 255: 571-586.
Zaman, U., Ahmad, Z., Farooq, M., Saeed, S., Ahmad, M. and Wakeel, A. 2015. Potassium fertilization may improve stem strength and yield of Basmati rice grown on nitrogen fertilized soils. Pakistan Journal of Agricultural Sciences, 52: 1-7.
Zhang, H. W., Song, Y. C. and Tan, R. X. 2006. Biology and chemistry of endophytes. Natural Product Reports, 23: 753-771.
دوفصلنامه فنآوری تولیدات گیاهی
دوره 12، شماره 1
خرداد 1399
صفحه 85-98

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار