نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران
2 گروه علوم دام و طیور، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
Background and Objective: The present study was aimed to investigate the effects of the application of different levels of nitrogen fertilizer and inoculation of different strains of Rhizobium bacteria on morpho-physiological, biochemical, yield and yield components of guar under different levels of drought stress.
Materials and Methods: The experiment was performed as a split factorial in a Randomized Complete Block design with three replications in the 2019-2020 growing seasons. Experimental treatments included different irrigation regimes (complete irrigation, cessation of irrigation up to 50% of flowering and 50% of podding) as main plots and treatments of different levels of nitrogen fertilizer (control, 50 and 100 kg.ha-1) and inoculation of Guar seeds with different strains of Bradyrhizobium japonicum (non-inoculation, and strains of RS150 and RS153) as subplots. Traits of plant height, shoot dry weight, number of leaves per plant, number of seeds per m2, 1000-grain weight, grain yield, biological yield, chlorophyll a, b, and total chlorophyll, carotenoids, soluble sugars, grain protein and enzymatic activities of catalase and superoxide dismutase were evaluated in the present study.
Results: The obtained results indicated that the application of low irrigation resulted in reducing all traits except indices of soluble sugars and the enzymatic activities of catalase and superoxide dismutase. On the other hand, different levels of nitrogen fertilizer and Rhizobium inoculation significantly increased all studied traits. Also, it was observed that although the strain of RS150 significantly increased chlorophyll b content and enzymatic activities of catalase and superoxide dismutase than the RS153 strain, the application of RS153 strain was maximal in other traits.
Conclusion: In general, complete irrigation was required in the study area, and increasing nitrogen fertilizer levels up to 100 kg.ha-1 had no adverse effects on morphological traits, yield, and yield components of guar plants growing under drought stress. Furthermore, the application of Bradyrhizobium japonicum moderated the negative impacts of drought stress.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
در چند دهه گذشته، منبع اصلی معیشت مردم و در نتیجه افزایش در میزان رشد جمعیت جهان به طور قابل توجهی با میزان تولیدات کشاورزی در ارتباط بوده است (اوگانلی و همکاران 2018). از طرفی، با توجه به اینکه ضعف زمینهای کشاورزی یکی از مشکلات مهم در کشت و کار گیاهان میباشد، لیکن چنانچه مدیریت مناسبی در بخشهای مختلف کشاورزی صورت بگیرد میتوان بر مشکل فوق غالب شد (مکوریا 2018). مدیریت منابع و مواد غذایی مورد نیاز گیاهان از قبیل کودها، یکی از مهمترین روشهای زراعی است که میتواند سبب پایداری تولید گیاهان در بلندمدت شود (نینگ و همکاران 2017). عنصر نیتروژن یکی از محدود کنندهترین عناصر غذایی است و نقشهای مهمی را در کیفیت و کمیت گیاهان بازی میکند (راعی و همکاران 2020). با توجه به اینکه بخش عمدهای از کشور در منطقه خشک و نیمه خشک قرار گرفته است، مقدار مواد آلی خاکها کم و اغلب گیاهان کاشته شده در این مناطق، دچار کمبود نیتروژن هستند و این مشکل میتواند با استفاده از کودهای نیتروژنی برطرف شود (جعفری و همکاران 2012). همچنین، دسوزا و همکاران (2020) و لیانگ و همکاران (2020) نشان دادند که کاربرد کودهای نیتروژنه از طریق توسعه ریشه، افزایش شاخص سطح برگ، بیوماس ریشه، و بیوماس بخشهای هوایی میتوانند در رشد و نمو گیاهان موثر باشند.
یکی دیگر از روشهای افزایش مواد غذایی خاکها، کشت گیاهان خانواده بقولات میباشد؛ زیرا این گیاهان نقشهای مهمی در حفظ حاصلخیزی خاک در سیستمهای کشاورزی داشته و باعث کاهش استفاده از کودهای شیمیایی مورد نیاز میباشند (گراهام و وانس 2000؛ جعفریمینایی و همکاران 2016؛ ساریخانی و امینی 2020) بقولات به دلیل همزیستی با باکتری رزوبیوم که یکی از کارآمدترین تثبیتکنندههای نیتروژن در بین تمامی گیاهان بوده (ویکار و همکاران 2005) و جزء مهمی از تمامی سیستمهای کشاورزی در جهان میباشند (اُهارا و همکاران 2002). گیاه گوار (Cyamopsis tetragonoloba)، گیاهی یکساله، بهاره-تابستانه و رشد نامحدود است که دارای ریشههای تقریبا عمودی و برگهای زبر و خشن میباشد؛ این گیاه، یک الی دو متر ارتفاع داشته و در هر غلاف آن 21-15 عدد بذر وجود دارد (سیج و همکاران 2002). در برخی پژوهشها گزارش شده که گیاه گوار، مقاوم به خشکی، شوری، دماهای بالا، خرابی بافت و ساختمان خاک میباشد (سیج و همکاران 2002؛ داسسوتار و همکاران 2018). گیاه گوار چند منظوره بوده که به عنوان سبزی جهت مصرف انسان، کود سبز، بهبود باروری خاک، علوفه برای حیوانات و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد که به واسطه سرشار بودن از موادی چون گالاکتومانها، در صنایع لبنی به عنوان تغلیظکننده مورد استفاده قرار میگیرد (داسسوتار و همکاران 2018). به دلیل سرشار بودن برگها، دانه و غلاف دانه گوار از کربوهیدرات، پروتئین، فیبر، آسکوربیک اسید، تانن، کافئیک اسید، گالیک اسید، جنتیسیک اسید، کوماریک اسید، استراگالین، کوئوریسین، کامفرول، گالاکتونین، میرستین، کوئیک اسید و غیره، این گیاه دارای خواص آنتیباکتریال و در درمان دیابت، آسم، کمخونی همولیتیک و التهاب کاربرد داشته و به عنوان کاهش دهنده اشتها و مسهل مورد استفاده قرار میگیرد (شارما و همکاران 2011).
باکتریهای همزیست و کودهای بیولوژیک حاوی این باکتریها عنوان یک سیستم غذایی یکپارچه هستند که استفاده از آنها از حدود 60 سال پیش در سطوح وسیع آغاز شده است (آژنگ و همکاران 2020). حسنزاده قورتتپه و جوادی (2016) و آژنگ و همکاران (2020) نیز اظهار داشتند که کاربرد کودهای زیستی و شیمیایی نیتروژنه سبب افزایش جذب عناصر غذایی توسط ریشههای گیاه میشود که این امر منجر به بهبود رشد رویشی، افزایش تعداد برگها، افزایش سطح جذب نوری، کلروفیلها و سطح فتوسنتز در گیاه میشود. از طرفی، علیرغم اینکه این باکتریها در گیاهان و بخصوص حبوبات سبب بهبود رشد، نمو، صفات فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی، عملکرد و اجزای عملکرد میشوند (فیگوئیریدو و همکاران 2008؛ موذنپور و همکاران 2018)، قدرت همزیستی آنها با گیاه و میزان نیتروژن تثبیت شده ناشی از فعالیت آنها تحت تأثیرعوامل مختلفی از قبیل آب، تهویه خاک، مواد غذایی موجود در خاک و سایر عوامل قرار میگیرد (فرنیا و همکاران 2006؛ تاجیکخواه و همکاران 2011). در ارتباط با کاربرد کودهای زیستی بر گیاهان، وفادار ینگجه و همکاران (2019) نیز اظهار داشتند که استفاده از کودهای زیستی اثرات مثبت و معناداری بر روی گیاهان دارند. برخی شواهد نشان دادهاند که باکتریهای همزیست توانایی تبدیل عناصر مهم مغذی غیرقابل دسترس به فرم قابل دسترس را دارا بوده و منجر به گسترش ریشه و جوانهزنی ریشه، افزایش ارتفاع گیاه، شاخص سطح برگ، وزن تر و خشک گیاهان میگردند (ابراهیمی و همکاران 2010؛ ایتلیما و همکاران 2018؛ ویتال و همکاران 2020). افزایش حلالیت برخی از عناصر غذایی از قبیل فسفر و پتاسیم، تولید سیدروفور برای افزایش حلالیت آهن، سنتز پیشسازهای فیتوهورمونها و فیتوهورمونهایی از قبیل اکسین و جیبرلین، و سنتز آنزیمهای دخیل در رشد و نمو گیاهان بهعنوان اثرات مستفیم این ریزموجودات شناخته شدهاند (لوسی و همکاران 2004؛ گری و اسمیت 2005؛ داس و پرادهان 2016). علاوه بر این، افزایش تحمل گیاهان به تنشهای غیرزیستی، به ویژه تنش خشکی، از خصوصبات بارز این ریزجاندارن محسوب میشود (زرابی و همکاران 2011؛ جوانقلیلو و همکاران 2019).
علاوه بر موارد فوق، از آنجا که آب بهعنوان یکی از مهمترین عوامل محیطی موثر بر دورههای رشدی گیاهان میباشد (دوبیوس و اینزه 2020)، کمبود آب و تنش خشکی به عنوان یکی از محدودکنندهترین عوامل رشد، نمو و عملکرد گیاهان در تمام دنیا و بخصوص در اقلیمهای خشک و نیمه خشک ایران گزارش شده است (مرتضایینژاد و جزیزاده 2017؛ جوانقلیلو و همکاران 2020). گزارش شده که در چارچوب مدیریت مطلوب نیازهای آبی گیاهان، برنامهریزی مناسب جهت انجام آبیاری موضوع اصلی آن میباشد که بستگی به عوامل متعددی از قبیل مرحله نموی گیاهان، تفاوتهای ساختاری و فیزیولوژیکی گیاهان در حساسیت به محدودیتهای آبیاری، شرایط اقلیمی مختلف، دسترسی به آب و فاصله زمانی آبیاری دارد (جیوانیس و همکاران 2018). طی پژوهشی، دمیر و همکاران (2006) نشان دادند گیاهانی که در معرض تنش کمآبی قرار میگیرند، عملکرد دانه کمتری دارند و این کاهش تولید، با محدود کردن از طریق تبخیر و تعرق و بستن روزنهها، کاهش جذب کربن و کاهش تولید زیستتوده همراه است. در ارتباط با اثرات تنش خشکی بر صفات موفولوژیک، فیزیولوژیک، بیوشیمیایی، و عملکردی گیاهان مطالعات متعددی انجام شده است. طی پژوهشی، اظهار شد که محدودیتهای آبی برای گیاهان منجر به تولید بیش از حد گونههای اکسیژن فعال از قبیل پراکسید هیدروژن و رادیکالهای سوپراکسید میگردد که متعاقبا میتوانند منجر به مهار رشد، کاهش فتوسنتز و کارایی مصرف آب، پراکسیداسیون لیپیدی و مرگ برنامهریزیشده سلولها گردند (جیل و توتجا 2010؛ دیبا و همکاران 2012، والاس و همکاران 2016). از طرفی، گائو و همکاران (2020) نیز اظهار داشت که گیاهان از طریق راهکارهای مختلفی از قبیل بیان اسمولیتهای سازگار پرولین و کربوهیدراتها، فعالیتهای آنزیمی، متابولیتهای ثانویه (مانند فلاونوئیدها و فنلهای تام)، افزایش غلظت هورمونهای گیاهی از قبیل آبسیزیک اسید و کاهش محتوای نسبی آب برگ میتوانند اثرات منفی ناشی از تنش خشکی را کاهش دهند. لوگال (2018) ارتفاع بوته، تعداد غلاف در بوته، زیست توده و عملکرد دانه گیاه گوار که تحت تیمارهای مختلف آبیاری تکمیلی قرار گرفت و آبیاری تکمیلی سبب افزایش صفات مورفولوژیکی و عملکردی گیاه گوار شد. مفتاحیزاده و همکاران (2017) اثرات دورههای مختلف آبیاری بر محتوای پروتئین بذر، پروتئین صمغ، میزان گالاکتومانان و عملکرد گیاه گوار مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد، هنگامی که گیاه گوار در تمامی مراحل رشد آبیاری شود، مقدار صفات فوق بیشتر از سایر تیمارهای آبیاری میباشد. احمد و همکاران (2011) بررسی اثرات دورههای مختلف تنش خشکی را بر عملکرد دانه و کارایی مصرف آب گیاه گوار نشان داد که قرار گرفتن گیاه گوار در معرض دورهای تنش خشکی (35، 50 و 65 روز پس از کاشت)، هیچ گونه اثر معنی داری بر تعداد غلاف در بوته، وزن هزار دانه، عملکرد دانه و کارایی مصرف آب نداشته، ولی میزان شاخص برداشت کاهش چشمگیری در تیمارهای تنش خشکی 35 و 50 روز پس از کاشت داشت.
با توجه به اهمیت موارد فوق، پژوهش حاضر به منظور بررسی اثرات کاربرد سطوح مختلف کود شیمیایی نیتروژن، کاربرد سویههای مختلف باکتریهای ریزوبیوم همزیست با بقولات بر برخی خصوصیات رشدی، بیوشیمیایی، فیزیولوژیکی، عملکرد و اجزاء عملکرد گیاه گوار تحت دورههای مختلف آبیاری در مزارع کشاورزی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها
به منظور بررسی تأثیر سطوح مختلف کود نیتروژنّ و باکتریهای همزیست بر گیاه گوار تحت کاربرد رژیمهای مختلف آبیاری، پژوهشی در سال زراعی 99-1398 در مزرعه تحقیقاتی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران به مختصات جغرافیایی 55 درجه و 66 دقیقه شمالی و 35 درجه و 46 دقیقه شرقی به صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در 3 تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل سطوح مختلف کود نیتروژن (شاهد، 50 و 100 کیلوگرم در هکتار)، سویههای مختلف باکتری همزیست Bradyrhizobium japonicum (عدم کاربرد باکتری و کاربرد سویههای RS150 و RS153 تهیه شده از شرکت زیستفناوری سبز استان قم) و دورههای مختلف کمآبیاری (کمآبیاری تا 50% گلدهی، کمآبیاری تا 50% غلافدهی و آبیاری کامل) بودند. قابل ذکر است که باکتریهای تهیه شده بصورت مایع بودند که به توصیه شرکت زیستفناوری سبز به صورت تلقیح با بذر استفاده شدند (خیساندن بذور به وسیله باکتریهای محلول به مدت 12 الی 24 ساعت).
قبل از اجرای آزمایش، به منظور تعیین نیازهای کودی گیاه گوار و تعیین خصوصیات فیزیکی-شیمیایی خاک مزرعه، نمونهای مرکب از خاک مزرعه انتخاب به آزمایشگاه خاکشناسی ارسال گردید. پس از عملیات خاکورزی، عناصر غذایی مورد نیاز مزرعه شامل تمامی کودهای فسفره (سوپر فسفات تریپل به میزان 50 کیلوگرم در هکتار)، پتاس (سولفات پتاسیم به میزان 170 کیلوگرم در هکتار)، نیتروژنه (75 کیلوگرم در هکتار کود اوره 46%) و گوگرد (220 کیلوگرم در هکتار) که براساس نتایج آزمایش خاک تعیینن شده بودند به صورت ثابت به تمامی کرتهای آزمایشی اضافه شدند. پس از آن، یک سوم کود نیتروژنه مورد استفاده در تیمارهای آزمایشی در زمان کاشت و مابقی بهصورت سرک و براساس نیاز گیاه طی دو مرحله رشد سریع بوته و اوایل غلافدهی به تیمارهای مورد نظر اضافه شدند.
جدول 1- خصوصیات فیزیکوشیمیایی نمونه خاک
|
بافت خاک |
pH خاک |
EC (dS.m-1) |
کربن آلی (%) |
نیتروژن کل (%) |
فسفر (mg.kg-1) |
پتاسیم (mg.kg-1) |
آهن (mg.kg-1) |
روی (mg.kg-1) |
مس (mg.kg-1) |
منگنز (mg.kg-1) |
|
لوم-رسی |
19/8 |
61/7 |
45/1 |
14/0 |
79 |
732 |
32/4 |
32/2 |
87/0 |
88/7 |
|
|
|
|
توصیه کودی براساس آنالیز خاک |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
نیتروژن (Kg.ha-1) |
فسفر (Kg.ha-1) |
پتاسیم (Kg.ha-1) |
گوگرد (Kg.ha-1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
75 |
50 |
170 |
220 |
|
|
|
سپس، ردیفهای کاشت به فاصله 50 سانتیمتر آماده شدند و بذور مورد استفاده به فاصله 5 سانتیمتر بر روی ردیفهای کاشت و در عمق 3-2 سانتیمتری در پلاتهایی به مساحت 3×2 متر در تاریخ یکم تیرماه 1398 کشت شدند (تراکم کاشت 400 هزار بوته در هکتار). آبیاری مزرعه به صورت قطرهای صورت گرفت به طوریکه آبیاری کامل هر چهار روز یک بار تا انتهای آزمایش (براساس دور آبیاری مرسوم منطقه) تیمارهای کمآبیاری به صورت هر هشت روز یک بار تا مراحل 50 درصد گلدهی و 50 درصد غلافدهی[1] پژوهش انجام گرفت (رژیمهای تنش آبیاری پس از استقرار کامل بوتهها در مزرعه اعمال شدند). از آنجا که دوره آزمایش 101 روز به طول انجامید، تعداد آبیاریها پس از اعمال رژیمهای آبیاری برای آبیاری کامل، 50% گلدهی و 50 درصد غلافدهی به ترتیب برابر با 20، 14 و 11 مرحله آبیاری صورت گرفت. همچنین، عملیات وجین مزرعه طی سه مرحله (مراحل رشد سریع گیاه، گلدهی و غلافدهی) به صورت دستی انجام شد. در پایان آزمایش، از هر کرت آزمایشی 10 بوته به طور تصادفی انتخاب گردید و برای سنجش صفات ارتفاع بوته (به وسیله خطکش)، تعداد پنجه در بوته، وزن خشک اندامهای هوایی، عملکرد و اجزای عملکرد مورد استفاده قرار گرفتند. قابل ذکر است جهت تعیین عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیک، تمامی گیاهان هر کرت آزمایشی در زمان رسیدگی فیزیولوژیک برداشت شدند و میانگین عملکرد در هر کرت بهصورت کیلوگرم در هکتار محاسبه شد. علاوه بر این، صفات تعداد برگ، محتوای کلروفیلها، کاروتنوئیدها، پروتئین دانه (کجلدال)، قندهای محلول، و فعالیتهای آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز در مرحله 50 درصد غلافدهی ارزیابی شدند.
جهت اندازهگیری محتوای کلروفیلها از روش آرنون (1948) و کاروتنوئیدها از روش لیچتنتالر (1987) استفاده شد. بر این اساس، ابتدا 5/0 گرم از بافت تازه پهنک برگ توزین و در هاون به کمک استون 80% و بر روی یخ سائیده شد. عصاره حاصل توسط کاغذ صافی و قیف درون بالنژوژه صاف گردید. تفاله به دست آمده مجدداً با استون 80% سائیده و صاف شد. این عمل تا زمانی که تفاله برگی سفید رنگ شود تکرار گردید. سپس حجم عصاره به دست آمده با استون 80% به 10 میلیلیتر رسانده شد. بلافاصله مقداری از عصاره به کووت منتقل و جذب محلول با اسپکتروفتومتر (مدل Jenway 6300) در طول موجهای 645 ، 663 و 470 نانومتر قرائت و از استون 80% به عنوان محلول بلانک استفاده شد. سپس میزان کلروفیل a، b، کلروفیل کل و کاروتنوئیدها طبق روابط زیر برحسب میلیگرم در هر گرم وزن تر بافت گیاهی محاسبه شد.
معادله (1)
معادله (2)
معادله (3)
معادله (4)
که در آن:
V= حجم نهایی عصاره بر حسب میلیلیتر، W= وزن تر بافت گیاهی بر حسب گرم، D= طول موج
جهت اندازهگیری میزان پروتئین دانه، ابتدا میزان N با استفاده از روش کجلدال در همه نمونهها اندازهگیری و طبق معادله زیر محاسبه گردید (جونز 1941).
معادله (5)
N= محتوای نیتروژن دانه در هر تیمار
قندهای محلول با استفاده از روش ارائه شده به وسیله ساداسیوام و مانیکام (1992) با تغییرات اندکی ارزیابی شد. بر همین اساس، 1/0 گرم پودر خشک از اندام هوایی گیاهان تهیه و 5 میلیلیتر اسید کلریـدریک 5/2 نرمال به آن اضافه گردید. سپس، نمونهها بهمدت 3 ساعت در حمام آبگرم (تحت دمای 100 درجه سانتیگراد) قرار گرفتند تا بهطور کامل هدیرولیز شوند. در مرحله بعد، خنثیسازی نمونهها بهوسیله کربنات سدیم تا زمانیکه حالت جوش آن متوقف شود انجام گردید. سپس، نمونهها با آب مقطر به حجم 100 میلیلیتر رسانده شدند و بهمدت 10 دقیقه در دور 3500 سانتریفیوژ شدند. سپس 5/0 میلیلیتر از بخش رویی محلول برداشته و با آب مقطر به حجم یک میلیلیتر رسانده شد. در مرحله بعد، چهار میلیلیتر معرف آنترون به تمام لولهها افزوده شد و بهمدت هشت دقیقـه در حمام آب جوش قرار گرفتند. در نهایت، جذب هر یک از نمونهها در طول موج 630 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر اندازهگیری شد. برای محاسبه قندهای محلول از منحنی استاندارد گلوکز استفاده گردید و نمونه فاقد گلوکز بهعنـوان شـاهد در نظر گرفته شد. در نهایت، میزان قندهای محلول بر اساس میکروگرم بر گرم وزن خشک گیاه بیان شدند.
فعالیتهای آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز نیز به ترتیب بر طبق روشهای ارائه شده به وسیله چائویی و همکاران (1997) و جیانوپولیتیس و ریس (1997) مورد ارزیابی قرار گرفتند. فعالیت آنزیم کاتالاز براساس کاهش جذب ناشی از تجزیه سوبسترای پراکسید هیدروژن در طول موج 240 نانومتر از مخلوط واکنش حاوی 25 میلی متر بافر فسفات پتاسیم، 10 میلیمتر H2O2 و عصاره آنزیمی تعیین شد (ضریب خاموشی 036/0). جهت تعیین فعالیت آنزیمی سوپراکسید دیسموتاز، مخلوط واکنش برای سنجش فعالیت آنزیم شامل بافر فسفات 50 میلی مولار، متیونین 013/0 مولار، EDTA 1/0 میکرومولار و ریبوفلاوین 2 میکرومولار بود که در تاریکی کامل نگهداری شد. بلافاصله پس از اضافه کردن ریبوفلاوین، 3 میلی لیتر از آن را درون لوله آزمایش ریخته و به هر لوله 100 میکرولیتر نمونه عصاره پروتئینی اضافه شد. لولههای آزمایش به مدت 16 دقیقه در فاصله 30 سانتیمتری از منبع نور قرار گرفتند و در این فاصله دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 560 نانومتر و توسط محلول تاریکی به عنوان شاهد تنظیم شد. پس از 16 دقیقه جذب نمونهها در طول موج مذکور خوانده شد. از آنجائیکه یک واحد آنزیم مذکور عبارت است از میزانی از آنزیم که 50 درصد مهار ایجاد می کند، فعالیت آنزیم سوپراکسیددیسموتاز براساس واحد آنزیمی به ازای هر میلیگرم پروتئین برای تمام نمونهها محاسبه گردید (جیانوپولیتیس و ریس، 1997). قابل ذکر است که جهت تهیه نمونههای عصاره آنزیمی، یک گرم بافت تر در یک هاون چینی محتوی سه میلیلیتر بافر فسفات 50 میلی مولار با 2/7=pH حاوی اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) 1 میلیمولار، فنیل متان سولفونیل فلورید (PMSF) 1 میلیمولار و پلی وینیل پیرولیدون (PVP) 1 درصد سائیده شد. عصاره حاصل به مدت 15 دقیقه در سانتریفوژ یخچال‌دار در g14000 قرار گرفت و از محلول رویی آن جهت سنجش فعالیت آنزیم‌ها استفاده گردید.
تجزیه و تحلیل دادهها
دادههای حاصل با استفاده از نرمافزار آماری SAS (9.1) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و مقایسه میانگین دادهها براساس آزمون LSD در سطح احتمال 5% انجام گرفت. همچنین، ترسیم نمودار با استفاده از نرمافزار Excel انجام شد.
نتایج و بحث
صفات بیوشیمیایی
نتایج تجزیه واریانس جدول 2 نشاندهنده اثرات معنیدار تیمارهای آزمایشی و برهمکنش بین آنها بر برخی صفات بیوشیمیایی مورد بررسی در پژوهش حاضر بود. نتایج نشان داد که محتوای کلروفیل a در سطح احتمال 1% تحت تاثیر تیمارهای اصلی آبیاری، کود شیمیایی و باکتری ریزوبیوم و در سطح احتمال 5% تحت تاثیر برهمکنش کود شیمیایی × باکتری ریزوبیوم، محتوای کلروفیل b در سطح احتمال 1% تحت تاثیر تیمارهای آبیاری، کود شیمیایی، برهمکنش آبیاری × کود شیمیایی و برهمکنش آبیاری × باکتری ریزوبیوم و در سطح احتمال 5% تحت تاثیر برهمکنش کود شیمیایی × باکتری ریزوبیوم، و محتوای کلروفیل کل در سطح احتمال 1% تحت تاثیر تیمارهای آبیاری، کود شیمیایی، باکتری ریزوبیوم، برهمکنش آبیاری × باکتری ریزوبیوم و برهمکنش کود شیمیایی × باکتری ریزوبیوم قرار گرفتند. علاوه بر موارد فوق، براساس نتایج جدول 4 مشاهده میشود که تیمارهای آبیاری، کودهای شیمیایی، باکتری ریزوبیوم و برهمکنش کود شیمیایی × باکتری ریزوبیوم در سطح احتمال 1% سبب ایجاد اختلاف معنیدار در صفت قندهای محلول شدند.
جدول 2- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) صفات بیوشیمیایی گیاه گوار تحت تاثیر تیمارهای آبیاری، کود شیمیایی و تلقیح باکتری برادیریزوبیوم ژاپونیکوم
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
کلروفیل a |
کلروفیل b |
کلروفیل کل |
کاروتنوئید |
پروتئین دانه |
قندهای محلول |
کاتالاز |
سوپراکسید دیسموتاز |
|
بلوک |
2 |
ns82/0 |
* 16/0 |
ns 26/0 |
ns 85/1 |
* 19/35 |
ns 71/64 |
ns 58/5 |
ns 46/14 |
|
آبیاری |
2 |
**40/9 |
**62/0 |
** 82/5 |
** 92/6 |
** 22/192 |
** 78/21167 |
** 35/947 |
** 44/1704 |
|
خطای اصلی |
4 |
16/2 |
04/0 |
76/1 |
78/0 |
61/0 |
40/29 |
83/4 |
05/29 |
|
کود شیمیایی |
2 |
** 98/36 |
** 36/3 |
** 09/61 |
** 95/18 |
** 12/186 |
** 23/12909 |
** 03/408 |
** 09/175 |
|
باکتری ریزوبیوم |
2 |
** 87/21 |
ns 06/0 |
** 05/21 |
* 01/3 |
** 20/128 |
** 98/3353 |
** 24/108 |
** 93/433 |
|
آبیاری × کود شیمیایی |
4 |
ns 11/0 |
** 33/0 |
ns 33/0 |
ns 18/0 |
ns 10/6 |
ns 92/75 |
ns 66/4 |
ns 40/16 |
|
آبیاری × باکتری |
4 |
ns 05/1 |
** 74/0 |
** 29/2 |
ns 06/0 |
ns 89/5 |
ns 65/45 |
ns 60/13 |
ns 99/3 |
|
کود شیمیایی × باکتری |
4 |
*88/1 |
* 14/0 |
** 46/2 |
ns 77/0 |
ns 51/1 |
** 02/676 |
ns 86/7 |
ns 70/19 |
|
آبیاری × کود شیمیایی × باکتری |
8 |
ns 08/0 |
ns 05/0 |
ns 17/0 |
ns 07/0 |
ns 61/1 |
ns 57/10 |
ns 84/0 |
ns 29/0 |
|
خطای فرعی |
48 |
72/0 |
03/0 |
61/0 |
67/0 |
29/8 |
36/136 |
14/11 |
66/20 |
|
ضریب تغییرات (%) |
|
71/12 |
54/9 |
16/9 |
86/18 |
88/10 |
23/6 |
11 |
49/8 |
ns: عدم اختلاف معنیدار ** و * به ترتیب اختلاف معنیدار در سطوح احتمال 1% و 5% می باشد.
با توجه به اثرات معنیدار برهمکنش کود شیمیایی نیتروژن × سویههای باکتری برادیریزوبیوم بر رنگیزههای کلروفیلی و قندهای محلول مندرج در جدول 2 (جدول ANOVA)، نتایج مقایسه میانگین دادهها (جدول 3) نشان میدهند که بیشترین و کمترین محتوای کلروفیل a (50/8 و 89/4 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ)، کلروفیل کل (62/10 و 44/6 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) و قندهای محلول (85/216 و 59/160 میکرو بر گرم وزن خشک برگ) به ترتیب تحت برهمکنشهای 100 کیلوگرم در هکتار نیتروژن × سویه RS153 و عدم کاربرد کود نیتروژن × عدم کاربرد باکتری به دست آمد. از طرفی، بیشترین محتوای کلروفیل b (32/2 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) تحت برهمکنش 100 کیلوگرم در هکتار نیتروژن × سویه RS150 حاصل شد ولی اختلاف معنیداری با محتوای کلروفیل b حاصل از برهمکنش 100 کیلوگرم در هکتار نیتروژن × عدم تلقیح باکتری (24/2 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) نداشت. در طرف مقابل، کمترین محتوای کلروفیل b (39/1 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) تحت برهمکنش عدم کاربرد کود نیتروژن × سویه RS153 برادیریزوبیوم به دست آمد ولی اختلاف معناداری با محتوای کلروفیل b تحت برهمکنش عدم کاربرد کود نیتروژن × سویه RS150 برادیریزوبیوم (55/1 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) نداشت (جدول 3).
جدول 3- اثرات برهمکنش کود شیمیایی و باکتری ریزوبیوم بر کلروفیل a، b، کل و قندهای محلول
|
منبع تغییرات |
کلروفیل a (mg.g-1 FW) |
کلروفیل b (mg.g-1 FW) |
کلروفیل کل (mg.g-1 FW) |
قندهای محلول (g.g-1 DWµ) |
|
کود شیمیایی (Kg.ha-1) |
ریزوبیوم |
|
|
|
|
|
شاهد |
شاهد |
e 89/4 |
ef 55/1 |
e 44/6 |
d 59/160 |
|
سویه RS150 |
de 46/5 |
e 63/1 |
de 09/7 |
d 72/161 |
|
|
سویه RS153 |
cde 63/5 |
f 39/1 |
de 03/7 |
d 75/164 |
|
|
50 |
شاهد |
cd 81/5 |
d 81/1 |
d 62/7 |
c 23/179 |
|
سویه RS150 |
b 46/7 |
d 83/1 |
bc 29/9 |
b 38/200 |
|
|
سویه RS153 |
ab 25/8 |
c 01/2 |
a 25/10 |
ab 84/210 |
|
|
100 |
شاهد |
c 37/6 |
ab 24/2 |
c 61/8 |
c 29/185 |
|
سویه RS150 |
b 62/7 |
a 32/2 |
ab 94/9 |
ab 56/206 |
|
|
سویه RS153 |
a 50/8 |
bc 12/2 |
a 62/10 |
a 85/216 |
|
|
LSD |
86/0 |
17/0 |
79/0 |
71/10 |
|
حروف مشابه در هر ستون و هر تیمار، نشاندهنده اختلاف معنیدار بین تیمارها در سطح احتمال 5% آزمون LSD میباشند
علاوه بر نتایج فوق، مشاهده شد که برهمکنش آبیاری × سویههای باکتری ریزوبیوم اثرات معنیداری بر محتوای کلروفیل b و کلروفیل کل داشتند (جدول 2) که تفاسیر مرتبط با نتایج آن در شکل 1 شرح داده شده است. بیشترین میزان کلروفیل b (19/2 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) تحت برهمکنش کمآبیاری تا 50 درصد غلافدهی × سویه RS150 حاصل شد ولی اختلاف معنیداری با محتوای کلروفیل b تحت برهمکنش کمآبیاری تا 50 درصد غلافدهی × سویه RS153 (09/2 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) نداشت. در طرف مقابل، کمترین میزان معنیدار کلروفیل b (65/1 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) تحت برهمکنش کمآبیاری تا 50 درصد غلافدهی × سویه RS153 حاصل شد. بهعلاوه، بیشترین مقادیر کلروفیل کل به ترتیب تحت برهمکنشهای آبیاری کامل × سویه RS153 (13/10 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) و آبیاری کامل × سویه RS150 (47/9 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) و کمترین مقدار کلروفیل کل (14/7 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) تحت برهمکنش کمآبیاری تا 50 درصد غلافدهی × سویه RS150 حاصل شد (شکل 1).
شکل1- اثرات برهمکنش آبیاری × باکتری ریزوبیوم بر محتوای کلروفیل b و کلروفیل کل در برگهای گیاه گوار
حروف مشابه در هر ستون و هر تیمار، نشاندهنده اختلاف معنیدار بین تیمارها در سطح احتمال 5% آزمون LSD میباشند
اثرات تیمارهای پژوهش حاضر بر صفات کاروتنوئیدها، پروتئین دانه، و فعالیتهای آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز نیز مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج کاربرد تیمارهای آبیاری بر صفات فوق (جدول 4) نشان میدهند که بیشترین و کمترین میزان کاروتنوئیدها (78/4 و 78/3 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) تحت کاربرد تیمارهای کمآبیاری تا 50% گلدهی و 50% غلافدهی به ثبت رسیدند که اختلاف معنیداری با یکدیگر داشتند. بیشترین میزان پروتئین دانه (27/29 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) تحت آبیاری کامل حاصل شد که نسبت به تیمارهای کمآبیاری تا 50% گلدهی و 50% غلافدهی به ترتیب افزایش معنیداری معادل 89/11 و 19/22 درصد داشت. از طرفی، بیشترین و کمترین مقادیر معنیدار فعالیت آنزیمی کاتالاز (70/35 و 98/23 µmol H2O2 mg−1 protein min−1) و سوپراکسید دیسموتاز (11/61 و 27/45 U.mg-1 protein min−1) به ترتیب تحت تیمارهای کمآبیاری تا 50% غلافدهی و آبیاری کامل حاصل شدند. به طور کلی، برای تیمار کمآبیاری تا 50% غلافدهی در مقایسه با تیماهای آبیاری کامل و کمآبیاری تا 50% گلدهی، به ترتیب افزایش معنیداری معادل 12 و 8 درصد برای فعالیت آنزیمی کاتالاز و 25 و 17 درصد برای فعالیت آنزیمی سوپراکسید دیسموتاز تخمین زده شده است (جدول 4).
در ارتباط با اثرات سطوح مختلف کود نیتروژن بر صفات بیوشیمیایی، مشاهده میشود که با افزایش سطح نیتروژن بر محتوای کاروتنوئیدها و پروتئین دانه افزوده میشود به طوریکه کاربرد 100 کیلوگرم در هکتار نیتروژن در مقایسه با تیمارهای شاهد و 50
جدول 4- اثرات تیمارهای آبیاری، کود شیمیایی و تلقیح باکتری برادیریزوبیوم ژاپونیکوم بر برخی صفات فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی، عملکرد و اجزای عملکرد گیاه گوار
|
منابع تغییر |
کاروتنوئیدها (mg.g-1 FW) |
پروتئین دانه (mg.g-1 FW) |
کاتالاز (µmol H2O2 mg−1 protein min−1) |
سوپراکسید دیسموتاز (U.mg-1 protein min−1) |
وزن خشک هوایی (g) |
تعداد دانه در متر مربع (n) |
وزن هزار دانه (g) |
عملکرد دانه (kg.ha-1) |
عملکرد بیولوژیک (kg.ha-1) |
|
رژیمهای مختلف آبیاری |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
آبیاری کامل |
ab 42/4 |
a 27/29 |
c 98/23 |
c 27/45 |
a 42/45 |
a 52/4662 |
a 60/31 |
a 3/1481 |
a 3/6133 |
|
کمآبیاری تا 50% گلدهی |
a 78/4 |
b 16/26 |
b 33/31 |
b 23/54 |
b 70/39 |
b 78/4029 |
b 84/28 |
b 6/1174 |
b 5378 |
|
کمآبیاری تا 50% غلافدهی |
b 78/3 |
c 96/23 |
a 70/35 |
a 11/61 |
c 95/33 |
b 33/3947 |
c 76/26 |
c 1/1042 |
c 8/4942 |
|
LSD |
67/0 |
59/0 |
66/1 |
07/4 |
82/2 |
52/146 |
96/1 |
7/95 |
6/453 |
|
کود شیمیایی نیتروژن (Kg.ha-1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
شاهد |
b 37/3 |
c 19/24 |
a 81/34 |
a 37/56 |
c 49/33 |
b 3964 |
b 66/26 |
c 60/1068 |
c 7/4329 |
|
50 |
a 67/4 |
b 87/25 |
b 49/28 |
b 78/52 |
b 95/38 |
b 8/4130 |
a 64/29 |
b 51/1299 |
b 1/5512 |
|
100 |
a 94/4 |
a 34/29 |
b 72/27 |
b 45/51 |
a 63/46 |
a 8/4544 |
a 90/30 |
a 79/1399 |
a 3/6621 |
|
سویههای باکتری ریزوبیوم |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
شاهد |
b 96/3 |
b 01/24 |
a 14/32 |
a 90/57 |
b 05/36 |
b 4/3904 |
b 75/26 |
b 27/1054 |
b 4/5068 |
|
سویه RS150 |
a 41/4 |
a 24/27 |
a 69/30 |
b 70/52 |
a 71/40 |
a 1/4268 |
a 80/29 |
a 03/1280 |
ab 5/5556 |
|
سویه RS153 |
a 61/4 |
a 15/28 |
b 18/28 |
c 01/50 |
a 31/42 |
a 1/4467 |
a 64/30 |
a 60/1363 |
a 1/5838 |
|
LSD |
45/0 |
58/1 |
83/1 |
83/149/2 |
94/1 |
9/209 |
83/1 |
45/92 |
2/596 |
حروف مشابه در هر ستون و هر تیمار، نشاندهنده اختلاف معنیدار بین تیمارها در سطح احتمال 5% آزمون LSD میباشند
کیلوگرم در هکتار سبب افزایش محتوای کاروتنوئید معادل 59/46 و 78/5 درصد و افزایش پروتئین دانه معادل 29/21 و 41/13 درصد شد. از طرفی، فعالیتهای آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز با افزایش سطوح نیتروژن به طور معنیداری کاهش پیدا کردند به طوری که تحت شرایط عدم کاربرد کود نیتروژن میزان فعالیتهای آتزیمهای فوق به ترتیب معادل 81/34 میکرومول H2O2 بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه و 37/56 واحد بر میلیگرم پروتئین بر دقیقه ارزیابی شدند. به عبارت دیگر، گیاهان تحت تیمار شاهد (عدم کاربرد کود نیتروژن) در مقایسه با گیاهان تحت تیمار با 50 و 100 کیلوگرم در هکتار به ترتیب افزایش معنیداری معادل 18/22 و 58/25 درصد برای فعالیت آنزیمی کاتالاز افزایش معنیداری معادل 80/6 و 56/9 درصد برای فعالیت آنزیمی سوپراکسید دیسموتاز داشتند. در حالیکه تلقیح بذر با باکتری ریزوبیوم سبب افزایش معنیدار کاروتنوئیدها و پروتئین دانه گوار شد، فعالیت آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز به نسبت چشمگیری در مقایسه با عدم تلقیح بذر کاهش پیدا کرد. محاسبات آماری نتایج جدول 4 حاکی از این است که کاربرد سویه RS153 در مقایسه با کاربرد تیمارهای شاهد (عدم تلقیح بذر) و سویه RS150 به ترتیب سبب افزایش 41/16 و 54/4 درصدی محتوای کاروتنوئیدها، افزایش 24/17 و 34/3 درصدی پروتئین دانه، کاهش 32/12 و 18/8 درصدی فعالیت آنزیمی کاتالاز و کاهش 63/13 و 10/5 درصدی فعالیت آنزیمی سوپراکسید دیسموتاز شد (جدول 4).
نتایج پژوهش حاضر نشان داد که تنش خشکی، کاربرد کود شیمیایی و تلقیح باکتری ریزوبیوم اثرات معنیداری بر صفات بیوشیمیایی در گیاه گوار داشتند به طوریکه محتوای رنگیزههای گیاهی، کاروتنوئیدها، و پروتئین بذر کاهش، و محتوای قندهای محلول، فعالیت آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز افزایش پیدا کردند. از طرفی، سطوح کود نیتروژن و سویههای باکتری ریزوبیوم سبب افزایش معنیدار رنگیزههای گیاهی، کاروتنوئیدها، قندهای محلول و پروتئین بذر شدند. در ارتباط با اثرات تنش خشکی برگیاهان، اظهار شده است که تنش خشکی سبب افزایش گونههای ROS ناشی از افزایش تنش اکسیداتیو و تنش اسمزی در گیاهان میگردد که متعاقبا سبب ایجاد اثرات منفی بر اسیدهای چرب غیراشباع، ساختار پپروتئینها و آسیبهای متعددی در DNA میشوند (دکاروالهو 2008؛ جیل و توتجا 2010؛ ژو و همکاران 2020). از آنجا که فعالیتهای فیزیولوژیکی گیاه تحت شرایط تنش خشکی بهطور مستقیم یا غیرمستقیم دچار اختلال میگردند، تنش خشکی با تاثیر روی میزان فتوسنتز گیاه و کاهش رنگریزههای فتوسنتزی (به خصوص رنگدانه کلروفیل که در گیاهان بهعنوان یکی از مهمترین فاکتورهای حفظ ظرفیت فتوسنتزی است) باعث کاهش عملکرد میگردد (گوسینوا و همکاران 2006). از طرفی، واکنش گیاهان به تنش خشکی به ماهیت کمبود آب بستگی دارد و میتواند بهصورت پاسخهای کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت طبقهبندی شود (چن و همکاران 2019). در شرایطی که تنشهای میانمدت بر گیاهان وارد شود، گیاه بهمنظور ادامه جذب آب، از طریق تجمع ترکیبات اسمزی از جمله کربوهیدرات محلول و پرولین، پتانسیل اسمزی خود را کاهش میدهد (زالتو و لیدون 2012). از اینرو، تنظیم اسمزی به توسعه سلولی، بقاء و رشد گیاه تحت تنش خشکی کمک میکند (مانیوانان و همکاران 2008). یکی از موادی که در شرایط تنش خشکی در گیاه تجمع پیدا میکند، قندهای محلول میباشند که به عنوان عوامل اسمزی (حفاظتکنندههای اسمزی) عمل میکنند (وو و همکاران 2012). افزایش قندهای محلول طی تنشها به طور معنیداری با تنظیم اسمزی و حفظ آماس همبستگی دارد و باعث پایداری پروتئینها و غشاها میشود (سانچز و همکاران 1998؛ فتحی و براری 2016). همچنین، اظهار شده است که تجمع قندهای محلول داخل سلولها در تنظیم اسمزی نقش مهم ایفاء نموده و کمک میکند تا پتانسیل آب سلول کاهش یافته و آب بیشتری برای حفظ تورگر تحت تنش خشکی و کمآبی داخل سلول باقی بماند. از این رو، این مکانسیم میتواند موجب افزایش پایداری غشاهای زیستی، پروتئینها، فتوسنتز و مقاومت به خشکی گردد (جوهری 2010؛ نصرالهزادهاصل و همکاران 2016). علاوه بر قندهای محلول، آنزیمهای آنتیاکسیدان نظیر کاتالاز، پراکسیداز، آسکوربات پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز و گلوتاتیون ردوکتاز باعث حذف و غیر فعال شدن گونههای فعال اکسیژن و کاهش اثرات منفی ناشی از تنش خشکی در گیاه میشوند (بیالی و همکاران 2004؛ میتلر و همکاران 2004). بر همین اساس، افزایش محتوای آنتیاکسیدان غیر آنزیمی قندهای محلول و افزایش فعالیت آنزیمی کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز تحت تنش خشکی در پژوهش حاضر مورد تایید قرار میگیرد.
علاوه بر افزایش قندهای محلول، نتایج پژوهش حاضر نشان داد که این صفت تحت تلقیح باکتری ریزوبیوم نیز افزایش پیدا میکند که با نتایج برخی پژوهشها همخوانی دارد. طی پژوهشی اظهار شد که قارچهای همزیست مواد کربوهیدراتی را عمدتا به شکل ساکارز از گیاه دریافت و عناصر غذایی را در اختیار گیاه قرار میدهند (گوگویی و سینگ 2011). همچنین، برخی پژوهشگران گزارش دادند که تلقیح حبوبات با باکتریهای ریزوبیوم منجر به افزایش محتوای نسبی آب در گیاهان، حلالیت بیشتر عناصر غذایی، افزایش رشد و نمو و بیوماس گیاهی و متعاقبا افزایش مقاومت به تنش خشکی میگردد (نقاشزاده 2014؛ فیضیان و همکاران 2017؛ گدامو و همکاران 2021). علاوه بر کودهای بیولوژیک، کودهای حاوی نیتروژن از طریق تغییر ترکیب شیمیایی خاک و گیاه میتوانند منجر به افزایش توانایی گیاه جهت جذب مواد آلی و غیر آلی از محلول خاک، افزایش رشد گیاه، و در نهایت بهبود مقاومت گیاهان به تنش خشکی گردند (لین و همکاران 2004). در ارتباط با اثرات سطوح کودی نیتروژن و باکتری ریزوبیوم بر پروتئین دانه گوار، با توجه به ارتباط مستقیم پروتئین دانه و محتوای نیتروژن (جوانمرد و شکاری 2013) و دخیل بودن عنصر نیتروژن در تشکیل پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک (ملکینارگموسی و همکاران 2013)، افزایش محتوای پروتئین دانه تحت کاربرد سطوح بالای کود شیمیایی نیتروژن و تلقیح بذر با سویههای مختلف برادیربزوبیوم مورد بررسی در پژوهش حاضر دور از انتظار نمیباشد. در تایید نتایج فوق، پورابراهیمی و همکاران (2018) نیز نشان دادند که افزایش سطوح کودهای حاوی نیتروژن به طور معناداری سبب افزایش محتوای پروتئین دانه در گیاه ذرت شد.
صفات مورفولوژیک، فیزیولوژیک، عملکرد و اجزای عملکرد
نتایج حاصل از تجزیه واریانس (جدول 5) نشان داد که صفات ارتفاع بوته در سطح احتمال 1% تحت تاثیر تیمارهای آبیاری، کود شیمیایی و تلقیح سویههای باکتری ریزوبیوم و در سطح احتمال 5% تحت تاثیر برهمکنش آبیاری × کود شیمیایی قرار گرفت. نتایج جدول 2 نیز نشان داد که تیمارهای اصلی آبیاری، کود شیمیایی، تلقیح سویههای باکتری ریزوبیوم و برهمکنش کود شیمیایی × سویههای ریزوبیوم در سطح احتمال 1% بر تعداد برگ در بوته اثرگذار بودند. علاوه براین، براساس نتایج مذکور مشاهده میشود که صفات وزن خشک اندامهای هوایی، تعداد دانه در متر مربع، وزن 1000 دانه، عملکرد دانه، پروتئین دانه، و فعالیت آنزیمهای کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز در سطح احتمال 1% تحت تاثیر تیمارهای اصلی آبیاری، کود شیمیایی و تلقیح سویههای باکتری ریزوبیوم قرار گرفتند. نتایج کاربرد تیمارها نیز نشان داد تیمارهای آبیاری و کود شیمیایی در سطح احتمال 1% و تیمار کودهای بیولوژیک در سطح احتمال 5% بر صفات عملکرد بیولوژیک و محتوای کاروتنوئیدها معنیدار بودند (جدول 5).
نتایج مقایسه میانگین دادهها (شکل 2-الف) نشان میدهند که بیشترین ارتفاع بوته با میانگین 92/110 سانتیمتر تحت برهمکنش آبیاری کامل × 100 کیلوگرم در هکتار کود نیتروژن بود ولی اختلاف معنیداری با ارتفاع بوته گیاهان گوار تحت برهمکنش آبیاری کامل × 50 کیلوگرم در هکتار (53/101 سانتیمتر) نداشت و کمترین مقدار ارتفاع بوته با میانگین 03/75 سانتیمتر تحت برهمکنش کمآبیاری تا 50% غلافدهی × عدم کاربرد کود نیتروژن به ثبت رسید اما اختلاف معنیداری بین ارتفاع بوته گیاهان مذکور و ارتفاع بوته گیاهان در معرض کمآبیاری تا 50% گلدهی × عدم کاربرد کود نیتروژن (8/80 سانتیمتر) اختلاف معنیداری مشاهده نشد (شکل 2-الف).
جدول 5- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) صفات مورفو-فیزیولوژیکی، عملکرد و اجزاء عملکرد گیاه گوار تحت تاثیر تیمارهای آبیاری، کود شیمیایی و تلقیح باکتری برادیریزوبیوم ژاپونیکوم
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
ارتفاع بوته |
وزن خشک هوایی |
تعداد برگ |
تعداد دانه در متر مربع |
وزن هزار دانه |
عملکرد دانه |
عملکرد بیولوژیک |
|
بلوک |
2 |
ns 61/19 |
ns 78/27 |
ns 38/62 |
ns 49/426847 |
ns 08/1 |
ns 08/59422 |
ns 95/2484247 |
|
آبیاری |
2 |
** 36/3117 |
** 51/887 |
** 68/454 |
** 01/4133915 |
** 12/159 |
** 46/1370373 |
** 23/9772421 |
|
خطای اصلی |
4 |
58/123 |
93/13 |
18/16 |
11/37597 |
74/6 |
06/16047 |
5/360423 |
|
کود شیمیایی |
2 |
** 23/1786 |
** 03/1176 |
** 12/3226 |
** 64/2414560 |
** 03/128 |
** 74/740600 |
** 2/35459295 |
|
باکتری ریزوبیوم |
2 |
** 92/856 |
** 19/286 |
** 12/1007 |
** 12/2197763 |
** 07/113 |
** 45/691384 |
*04/4095290 |
|
آبیاری × کود شیمیایی |
4 |
* 91/140 |
ns 01/17 |
ns 53/21 |
ns 42/57477 |
ns 86/4 |
ns 94/15520 |
ns 78/210101 |
|
آبیاری × باکتری |
4 |
ns 55/3 |
ns 50/0 |
ns 36/10 |
ns 29/44569 |
ns 15/0 |
ns 77/18096 |
ns 94/369956 |
|
کود شیمیایی × باکتری |
4 |
ns 78/67 |
ns 33/30 |
** 53/343 |
ns 75/30671 |
ns 18/3 |
ns 68/5709 |
ns 47/469509 |
|
آبیاری × کود شیمیایی × باکتری |
8 |
ns 26/2 |
ns 52/5 |
ns 63/7 |
ns 75/39297 |
ns 40/3 |
ns 92/26863 |
ns 40/140062 |
|
خطای فرعی |
48 |
61/53 |
60/12 |
28/24 |
30/147123 |
23/11 |
09/28541 |
5/1186927 |
|
ضریب تغییرات (%) |
|
25/8 |
94/8 |
23/14 |
10/9 |
53/11 |
71/13 |
85/19 |
ns: غیر معنیداری * و **: به ترتیب معنیداری در سطوح احتمال 5% و 1% می باشد.
با توجه به اثرات معنیدار برهمکنش سطوح کود شیمیایی × تلقیح باکتری برادیریزوبیوم ژاپونیکوم (جدول 5)، مقایسه میانگین (شکل 2-ب) نشان میدهند که بیشترین و کمترین تعداد برگ در بوته (11/59 و 89/22 برگ) به ترتیب تحت برهمکنشهای 100 کیلوگرم در هکتار نیتروژن × تلقیح سویه RS153 و عدم کاربرد کود نیتروژن × عدم تلقیح باکتری حاصل شد.
براساس نتایج مندرج در جدول 3 مشاهده میشود که تحت کاربرد تیمارهای آبیاری، بیشترین وزن خشک اندامهای هوایی (42/45 گرم) در تیمار آبیاری کامل به دست آمد و دارای اختلاف معناداری نسبت به وزن خشک اندامهای هوایی تحت تیمارهای کمآبیاری تا 50% گلدهی (70/39 گرم) و 50% غلافدهی (95/33 گرم) بود. به طور کلی، نتایج نشان میدهند که آبیاری کامل در مقایسه با کمآبیاری تا 50% گلدهی و 50% غلافدهی به ترتیب افزایش معنیداری معادل 41/14 و 79/33 درصد داشت. در بررسی اثرات سطوح مختلف کود شیمیایی نیز مشاهده شد که بیشترین وزن خشک (63/46 گرم) تحت کاربرد 100 کیلوگرم در هکتار نیتروژن حاصل شد و نسبت به کاربرد سطوح کود نیتروژن شاهد و 50 کیلوگرم در هکتار به ترتیب افزایش معنیداری معادل 24/39 و 72/19 درصد داشت. علاوه بر این، نتایج نشان دادند که کاربرد سویه RS153 برادیریزوبیوم ژاپونیکوم سبب افزایش 37/17 و 93/3 درصدی وزن خشک انددامهای هوایی در مقایسه با تیمارهای شاهد و سویه RS150 برادیریزوبیوم ژاپونیکوم شد (جدول 4).
شکل 2. اثرات برهمکنش آبیاری × باکتری ریزوبیوم بر ارتفاع بوته (الف) و برهمکنش سطوح کود شیمیایی × باکتری ریزوبیوم بر تعداد برگ در گیاه گوار
حروف مشابه در هر ستون و هر تیمار، نشاندهنده عدم اختلاف معنیدار بین تیمارها در سطح احتمال 5% آزمون LSD میباشند
نتایج مقایسه میانگین تیمارهای پژوهش حاضر (جدول 4) نیز نشان میدهند که آبیاری کامل در مقایسه با تیمارهای کمآبیاری در 50% گلدهی و 50% غلافدهی به ترتیب افزایش معنیداری معادل 70/15 و 12/18 درصد در تعداد دانه در متر مربع داشت. همچنین، براساس نتایج مشاهده میشود که بیشترین وزن هزار دانه (60/31 گرم) تحت کاربرد آبیاری کامل به دست آمد که در مقایسه با وزن هزار دانه گوار تحت رژیمهای کمآبیاری تا 50 درصد گلدهی و 50 درصد غلافدهی به ترتیب افزایش معنیداری معادل 57/9 و 07/18 درصد داشت. علاوه بر این، عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیک نیز متاثر از دورههای آبیاری قرار گرفتند به طوریکه بیشترین و کمترین مقادیر معنیدار عملکرد دانه (3/1481 و 1/1042 کیلوگرم در هکتار) و عملکرد بیولوژیک (3/6133 و 8/4942 کیلوگرم در هکتار) به ترتیب تحت تیمارهای آبیاری کامل و کمآبیاری تا 50 درصد غلافدهی حاصل شد. محاسبات آماری نتایج فوق حاکی از این است که آبیاری کامل در مقایسه به دورههای کمآبیاری تا 50 درصد گلدهی و 50 درصد غلافدهی به ترتیب افزایش معنیداری معادل 11/26 و 15/42 درصد برای عملکرد دانه و 04/14 و 09/24 درصد برای عملکرد بیولوژیک به همراه داشت (جدول 4).
با توجه به اثرات معنیدار تیمار سطوح مختلف کود شیمیایی نیتروژن بر عملکرد و اجزای عملکرد دانه، نتایج نشان میدهند که کاربرد 100 کیلوگرم در هکتار کود شیمیایی نیتروژن نسبت به عدم کاربرد کود نیتروژن و کاربرد 50 کیلوگرم در هکتار نیتروژن به ترتیب سبب افزایش معنیدار تعداد دانه در متر مربع (معادل 65/14 و 02/10 درصد)، افزایش وزن هزار دانه (معادل 90/15 و 25/4 درصد)، افزایش معنیدار عملکرد دانه (معادل 99/30 و 72/7 درصد) و عملکرد بیولوژیک (معادل 93/52 و 12/20 درصد) شد. علاوه بر این، از آنجا که کاربرد سویههای RS150 و RS153 برادیریزوبیوم ژاپونیکوم سبب افزایش معنیدار صفات فوق نسبت به تیمار شاهد شد، نتایج نشان میدهند که بیشترین و کمترین تعداد دانه در متر مربع (1/4467 و 4/3904 دانه)، وزن هزار دانه (64/30 و 75/26 گرم)، عملکرد دانه (60/1363 و 27/1054 کیلوگرم در هکتار) و عملکرد بیولوژیک (1/5838 و 4/5068 کیلوگرم در هکتار) به ترتیب تحت کاربرد سویه RS153 و عدم کاربرد باکتری ریزوبیوم به ثبت رسید. از نتایج جدول 3 استنباط میشود که کاربرد سویه RS153 باکتری ریزوبیوم در مقایسه با کاربرد تیمارهای شاهد و سویه RS150 به ترتیب سبب افزایش تعداد دانه در متر مربع (برابر با 41/14 و 66/4 درصد)، وزن هزار دانه (برابر با 54/14 و 82/2 درصد)، عملکرد دانه (معادل 34/29 و 53/6 درصد) و 19 عملکرد بیولوژیک (19/15 و 07/5 درصد) شد (جدول 4).
بر اساس نتایج، صفات ارتفاع بوته، وزن خشک اندامهای هوایی، تعداد برگ، عملکرد دانه و اجزاء عملکرد تحت تأثیر تیمارهای آبیاری، کودهای شیمیایی، باکتری ریزوبیوم و برخی از برهمکنشهای بین آنها قرار گرفتند. نتایج نشان داد که آبیاری کامل سبب افزایش صفات فوق در مقایسه با هرکدام از رژیمهای آبیاری میشود که مطابق با نتایج، تاجیکخواه و همکاران (2011) میباشند. پژوهشگران فوق نشان دادند که وزن ارتفاع گیاه، وزن خشک هوایی و تعداد برگ گیاه سویا تحت تنش خشکی کاهش پیدا میکند. همچنین، مشاهده شد که با افزایش سطوح کودی نیتروژن و تلقیح بذور با سویههای باکتری برادیریزوبیوم ژاپونیکوم، میزان صفات فوق به طور خطی افزایش پیدا کردند. در تایید اثرات کاربرد باکتریهای همزیست برادیریزوبیوم بر گیاه سویا تحت تنش خشکی، شتیوی و همکاران (2021) اظهار داشتند علیرغم کاهش معنیدار صفات مورفو-فیزیولوژیک، رشد و نمو و عملکرد گیاه سویا تحت تنشکمآبی، کاربرد سویههای محتلف باکتری همزیست برادیریزوبیوم سبب تعدیل اثرات منفی آن گردید. نتایج پژوهش ملکینارگموسی و همکاران (2013) نشان داد که کاربرد کودهای شیمیایی نیتروژن سبب افزایش محتوای رنگدانههای فتوسنتزی در ذرت شیرین گردید. در آن پژوهش اظهار شده است که رشد گیاه تحت تأثیر افزایش میزان مصرف کودهای شیمیایی قرار گرفت به طوریکه شاخص سطح برگ افزایش یافت و به تبع آن محتوای کلروفیل، فتوسنتز و در نهایت عملکرد گیاه افزایش یافت. برخی پژوهشها نیز نشان دادهاند که تلقیح بذور لوبیا با باکتری ریزوبیوم منجر به افزایش ارتفاع گیاه، وزن خشک، عملکرد و اجزاء عملکرد میشود (فیگوئیریدو و همکاران 2008) و برخی از پژوهشگران علت این امر را تولید هورمونهای گیاهی (آلن 2003) و افزایش فتوسنتز گیاهی (تاجیکخواه و همکاران، 2011) نسبت دادهاند. بر همین اساس، با توجه به افزایش تعداد برگ گیاه گوار پژوهش حاضر تحت کاربرد تیمارهای کود شیمیایی نیتروژن و تلقیح بذر با سویههای RS150 و RS153 باکتری برادیریزوبیوم ژاپونیکوم، احتمالا افزایش فتوسنتز در این گیاه صورت گرفته و سبب افزایش رشد، نمو، عملکرد و اجزاء عملکرد شده است. علاوه بر این، برخی پژوهشگران اظهار دارند که تلقیح بذر لگومها با باکتریهای ریزوبیوم اثرات بازدارندگی تنشها را از طریق جذب بیشتر آب خاک، افزایش محتوای رطوبت نسبی بافتهای برگ، باز شدن روزنههای گیاهی و فرآوری بیشتر دی اکسید کربن کاهش داد و باعث بقای بهتر گیاه در محیط نامناسب میشوند (عباسیسیهجانی و همکاران 2019). در همین رایطه، اظهار شده است که کاربرد آنها در قبل، بعد و یا در حین اعمال تنشهای محیطی میتواند اثرات منفی تنش را در گیاه کاهش داده و سبب افزایش عملکرد و اجزای عملکرد شود (اکبری و همکاران 2012). سوآرز و همکاران (2008) گزارش کردند که تلقیح بذور لوبیا با باکتری ریزوبیوم سبب افزایش معنیدار عملکرد و اجزاء عملکرد در شرایط تنش خشکی نسبت به تیمار شاهد شد.
سپاسگزاری:
این پژوهش از رساله دکتری استخراج شده است. بر همین اساس، از معاونت پژوهشی دانشگاه تهران و پردیس ابوریحان جهت تامین اعتبار رساله و همکاریهای لازم در انجام و پیشبرد پژوهش حاضر و همچنین از شرکت زیستفناوری سبز استان قم جهت فراهمی باکتریهای ریزوبیوم مورد استفاده در پژوهش حاضر تشکر و قدردانی میگردد.
[1] - پس از مراحل 50% گلدهی و 50% غلافدهی، برای هر تیمار دورههای آبیاری مشابه با آبیاری کامل انجام شد.
)