مطالعه مقایسه ای اثر کودهای شیمیایی و زیستی بر برخی صفات فیزیولوژی، بیوشیمیایی و عمکرد گیاه کینوا (Chenopodium Quinoa L.) در خاک شور و غیر شور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه زراعت، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 استاد گروه زراعت، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

3 استاد گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

چکیده:
کینوا با نام علمی Chenopodium quinoa Willd، گیاهی یکساله و با خاستگاه آمریکای لاتین است که با وجود ارزش غذایی بالا، در برابر طیف گسترده‌ای از تنش‌های غیر زیستی متحمل است و قابلیت رشد در زمین‌های حاشیه‌ای را دارد .مطالعات اندکی درباره‌ تاثیر کاربرد توام کودهای زیستی بر عملکرد و ویژگی های فیزیولوژیک گیاه کینوا در شرایط تنش شوری صورت گرفته است. بنابراین، هدف از انجام این پژوهش مطالعه مقایسه ای دو مکانه تأثیر کاربرد کودهای زیستی و شیمیایی بر عملکرد و برخی ویژگی های فیزیولوژیک گیاه کینوا در خاک شور و غیر شور بوده است.
مواد و روش‌ها: به منظور مقایسه و بررسی اثر خاک‌های شیرین (غیر شور) و شور بر عملکرد و برخی ویژگی‌های فیزیولوژی و بیوشیمیایی گیاه کینوا تحت تیمارهای ساده و تلفیقی کودهای شیمیایی و زیستی، پژوهشی به صورت کرت‌های خرد شده و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار در دو مزرعه‌‌ مجزا در شمال شرق شهر اصفهان اجرا گردید. شوری در دو سطح، شامل خاک غیر شور (EC = 2.91 dS/m) و خاک شور (EC = 6.2 dS/m) به عنوان عامل اصلی و ترکیب کودهای زیستی در چهار سطح شاهد (بدون کود زیستی)، نیتروکسین، بیوفسفر و تلفیق نیتروکسین و بیوفسفر و کود‌های شیمیایی در دو سطح عدم کاربرد و کاربرد تلفیقی کودهای شیمیایی نیتروژن و فسفر به صورت فاکتوریل به عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد و مقادیر کلروفیل کل، کاروتنوئیدها، کربوهیدرات کل، پروتئین محلول، شاخص سطح برگ، عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیک در کینوا تحت تیمارهای مذکور مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که هرچند شوری خاک موجب کاهش معنی‌دار صفات بیوشیمیایی کلروفیل کل، کربوهیدرات کل، پروتئین محلول و شاخص سطح برگ در تیمارهای کاربرد مجزای هر یک از کودهای زیستی مورد استفاده در پژوهش گردید، اما حداکثر مقادیر برای صفات ذکر شده در خاک شور و در شرایط کاربرد کودهای شیمیایی تحت تیمار تلفیقی کودهای زیستی نیتروکسین و بیوفسفر حاصل شد. این موضوع نشان می‌دهد که کاربرد تلفیقی کودهای شیمیایی و زیستی نیتروژن و فسفر نه تنها موجب تعدیل اثرات شوری خاک بر کینوا شده بلکه با افزایش ظرفیت فیزیولوژیک و بهبود فعالیت‌های بیولوژیک در گیاه کینوا باعث افزایش معنی‌دار صفات مورد بررسی شده اند. از طرفی میزان کاروتنوئیـدهاس گیاه که به عنوان نوعی مکانسیم دفاعی در پاسخ به تنش اسمزی از طریق اتلاف انرژی نوری بالا و حذف اکسیژن‌های فعال، توان مقابله با وضعیت تنش را افزایش می‌دهند، در خاک شور حدود 3 برابر بیشتر از خاک غیر شور بود. حداکثر عملکرد بیولوژیک در خاک غیر شور نیز تنها حدود 10 درصد بیشتر از خاک شور بود. این نتایج در مجموع نشان دهنده مقاومت بالای گیاه کینوا به شرایط تنش شدید اسمزی است.
نتیجه‌گیری: نتایج در مجموع نشان داد که با وجود شوری خاک گیاه کینوا نه تنها توانست دوره‌ رشد خود را کامل کند و بذر تولید نماید، بلکه تحت تیمار کاربرد تلفیقی کودهای شیمیایی و زیستی حداکثر عملکرد دانه کینوا در خاک غیر شور تنها حدود 12 درصد از خاک شور بیشتر بود. این موضوع نشانگر مقاومت بالای کینوا به شرایط تنش شوری است. بنابراین، گیاه کینوا به عنوان یک گیاه امیدبخش با پتانسیل عملکرد بالا که هم از نظر زراعی در خاک شور عملکرد مناسبی داشته و هم محصول تولیدی آن از کیفیت بالایی برخورداراست، برای کشت در مناطق با حاصلخیزی کم و دارای شرایط تنش قابل توصیه است. همچنین استفاده از کودهای زیستی، به عنوان تامین کننده و تسیهیل کننده بخشی از عناصر غذایی مورد نیاز گیاه را می‌توان، به عنوان راهکاری کاربردی جهت کاهش اثرات تنش‌های محیطی و مصرف بهینه‌ و متعادل کودهای شیمیایی در زراعت کینوا در راستای دستیابی به اهداف کشاورزی پایدار معرفی کرد

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A comparative study of the effect of chemical and biological fertilizers on some physiological traits, biochemical traits and yield of quinoa (Chenopodium quinoa L.) in saline and non-saline soils

نویسندگان [English]

  • Mahdi Amiryousefi 1
  • MAHMOUD TADAYON 2
  • Rahim Ebrahimi 3
1 Department of Agriculture, Shahrekord University, Iran
2
3 Department of Mechanical Engineering of Bio systems, Shahrekord University, Iran
چکیده [English]

Quinoa (Chenopodium quinoa Willd) is an annual Latin American plant that, despite its high nutritional value, is able to withstand a wide range of non-biological stresses and can be cultivated in agriculturally marginal lands.Few studies have been conducted on the effect of simultaneous application of biofertilizers on the yield and physiological traits of Quinoa under salt stress conditions. Thus, the present study was an attempt to compare the effect of biological and chemical fertilizers application on yield and some physiological traits of Quinoa in saline and non-saline soils.
Materials and methods
In order to compare and evaluate the effect of non-saline and saline soils on yield as well as physiological and biochemical traits of Quinoa under simple and integrated (chemical and biological ) fertilizer treatments, a split plot with randomized complete block design and three replicates was used in two separate farms in the northeast of Isfahan. Two levels of salinity including non-saline soils (EC = 2.91 dS / m) and saline soils (EC = 6.2 dS / m) were regarded as main factor and composition of biofertilizers at four levels of control (no biofertilizer), nitroxin, biophosphorus and nitroxin + biophosphorus and applications of chemical fertilizers at two levels including no fertilizer and factorial application of nitrogen+ phosphorus were considered as sub-factors. Total values of chlorophyll, carotenoids, carbohydrate, soluble protein, leaf area index, grain yield, and biological yields of quinoa were studied under the afore-mentioned treatments.
Results
The results showed that although soil salinity led to significant declines in the biochemical traits such as total chlorophyll level, total carbohydrate level, soluble proteins and leaf area index in the separate biofertilizer application treatments, maximum values of the afore-mentioned traits were obtained in saline soil under combined application of chemical fertilizer and bio-fertilizers (nitroxin + biophosphorus). This suggests that combined application of chemical fertilizers and bio-fertilizers fertilizers (nitroxin + biophosphorus) will not only mitigate the adverse effects of soil salinity on quinoa but will significantly improve the afore-mentioned traits by improving the physiological capacity and biological activities in quinoa. On the other hand, carotenoids, which act as a defense mechanism in response to osmotic stress, through high optical energy dissipation and active oxygen removal, and enhance the ability to cope with stress condition, were found to be 3 times higher in saline soils. Maximum biological yield in non-saline soils was only about 10% higher than that in saline soils. The results indicate high resistance of quinoa to severe osmotic stress conditions.
Conclusion
The results showed that despite the salinity of soil, quinoa managed to complete its growth period and produce seed. Moreover, according to the results, under chemical fertilizer + bio- fertilizer application conditions, maximum yield of quinoa in non-saline soils was only about 12% higher than that in saline soils. This indicates the high resistance of quinoa to salinity stress conditions. Thus, Quinoa as a plant characterized by high yield potential and high quality crop in saline conditions is a perfect choice in areas with low fertility and stress conditions. Moreover, bio-fertilizers as materials that facilitate and contribute to supplying of plant nutrients, can also be introduced as a practical solution to mitigate the effects of environmental stresses and contribute to optimized application of chemical fertilizers in an attempt to achieve sustainable agricultural goals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carotenoids
  • Nitrogen
  • Phosphorus
  • Quinoa
  • Salinity stress

مراجع

  1. Adolf, V.I., Jacobsen, S.E., and Shabala, S. 2013. Salt tolerance mechanisms in quinoa (Chenopodium quinoa). Environ Exp Bot. 92: 5. 43-54.
  2. Alori, E.T., Glick, B.R., and Babalola, O.O. 2017. Microbial phosphorus solubilization and its potential for use in sustainable agriculture. Front. Microbiol. 8: 2. 10-18.
  3. Amany, S., Al-Toukhy, A., and Bafeel, S. 2016. Effect of chemical, organic and biofertilizers on photosynthetic pigments, carbohydrates and minerals of wheat (Triticum aestivum. L) irrigated with sea water. Int. j. adv. res. biol. sci. 3: 2. 296-310.
  4. Arias-Moreno, D.M., Jimenez-Bremont, J.F., Maruri-Lopez, I., and Delgado-Sanchez, P. 2017. Effects of catalase on chloroplast arrangement in Opuntia streptacantha chlorenchyma cells under salt stress. Sci. Rep. 7: 1. 1-14.
  5. Arnon, D.L. 1994. Copper enzymes in isolated chloroplasts, polyphenol oxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol. 24: 1. 1-15.
  6. Basra, S.M.A., Iqbal, S., and Afzal, I. 2014. Evaluating the response of nitrogen application on growth, development and yield of quinoa genotypes. Int J Agric Biol. 16: 88. 886-892.
  7. Biglouie, M.H., Assimi, M.H., and Jabbarzadeh, A.R., 2006. Effect of supplemental irrigation on yield and yield components of flue-cured tobacco. Iran J Field Crop Sci. 8: 12. 184-200. (In Persian).
  8. Bradford, M.M. 1996. A rapid and sensitive method for quantitation of microgram of protein utilizing the principle of protein dye binding. J Anal. Biochem. 7: 72. 248-254.
  9. Cocozza, C., Pulvento, C., Lavini, A., Riccardi, M., d’Andria, R., and Tognetti, R. 2012. Effects of increasing salinity stress and decreasing water availability on ecophysiological traits of quinoa (Chenopodium quinoa) grown in a Mediterranean-type agroecosystem. J. Agron Crop Sci. 199: 4. 229-240.
  10. Enebe, M.C., and Babalola, O.O. 2018. The influence of plant growth-promoting rhizobacteria in plant tolerance to abiotic stress: a survival strategy. Appl Microbiol Biotechnol. 102: 18. 7821-7835.
  11. Eppel, A., Keren, N., Salomon, E., Volis, S., and Rachmilevitch, S. 2013. The response of Hordeum spontaneum desert ecotype to drought and excessive light intensity is characterized by induction of O2 dependent photochemical activity and anthocyanin accumulation. Plant Sci. 201: 202. 74-80.
  12. Fawy, H.A., Moharam, F., Hagab, A., and Hagab, R. 2017. Effect of nitrogen fertilization and organic acids on grains productivity and biochemical contents of quinoa plant grown under soil conditions of Ras Sadersina. Egypt. J. Desert Res. 67: 1. 169-183.
  13. Geren, H. 2015. Effects of different nitrogen levels on the grain yield and some yield components of quinoa (Chenopodium quinoa) under Mediterranean climatic conditions. Turk J Field Crops. 20: 1. 59-64.
  14. Gomaa E.F. 2013 Effect of nitrogen, phosphorus and bio. fertilizers on quinoa plant. Res. J. Appl. 9: 8. 5210-5222.
  15. Gonzalez, J., Gallardo, M., Hillar, M., Rosa, M., and Prado, F. 2009. Physiological responses of quinoa (Chenopodium quinoa) to drought and waterlogging stresses: dry matter partitioning. Bot Stud. 50: 4. 35-42.
  16. Hinojosa, L., Gonzalez, J., Barrios-Masias, F., Fuentes, F., and Murphy, K. 2018. Quinoa abiotic stress responses: A review. Plants 7: 4. 106-138.
  17. Hossini, Y., Ramezani Moghaddam, J., Nikpour, M.R., and Abdoli, A. 2018. Evaluating water uptake functions under simultaneous salinity and water stress conditions in Solanum lycopersicum. J. Agric. Water Manag. 32: 2. 247-265. (In Persian).
  18. Iqbal, S., Basra, S.M.A., Afzal, I., Wahid, A., Saddiq, M.S., Hafeez, M.B., and Jacobsen, S.E. 2018. Yield potential and salt tolerance of quinoa on salt-degraded soils of Pakistan. J. Agron Crop Sci. 205: 1. 1-9.
  19. Irigoyen, J., Emerich, D.W., and Sanchez-Diaz, M. 1992. Water stress induced changes in concentrations of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa (Medicago sativa) plants. Physiol. Plant. 84: 5. 55-60.
  20. Jacobsen, S.E., Monteros, C., Corcuera, L.J., Bravo, L.A., Christiansen, J.L., and Mujica, A. 2007. Frost resistance mechanisms in quinoa (Chenopodium quinoa). Eur J. Agron. 26: 4. 471-475.
  21. Kalayu, G. 2019. Phosphate solubilizing microorganisms: Promising approach as biofertilizers. J. Adv. Agric. Res. 9: 1. 1-7.
  22. Kaoutar, F., Abdelaziz, H., Ouafae, B., Redouane, C.A., and Ragab, R. 2017. Yield and dry matter simulation using the saltmed model for five quinoa (Chenopodium quinoa) accessions under deficit irrigation in South Morocco. J. Irrig. Drain 66: 3. 340-350.
  23. Kubala, S., Wojtyla, L., Quinet, M., Lechowska, K., Lutts, S., and Garnczarska, M. 2015. Enhanced expression of the proline synthesis gene P5CSA in relation to seedosmopriming improvement of Brassica napus germination under salinity stress. J. of Plant Physiol. 183: 1. 1-12.
  24. Ma, T., Zeng, W., Li, Q., Wu, J., and Huang, J. 2016. Effects of water, salt and nitrogen stress on sunflower (Helianthus annuus) at different growth stages. J. Soil Sci. Plant Nutr. 16: 4. 1024-1037.
  25. Muscolo, A., Panuccio, M.R., Gioffrè, A.M., and Jacobsen, S.E. 2016. Drought and salinity differently affect growth and secondary metabolites of “Chenopodium quinoa Willd” seedlings. 259-275, In: Muhammad, A., Munir, O., Bilquees, G., and Muhammad, A. (eds.), Halophytes for food security in dry lands, Elsevier, London.
  26. Nasir Khan, M., Mobin, M., Abbas, Z .K., and Alamri, S.A. 2018. Fertilizers and their contaminants in soils, surface and groundwater. 225-240, In: Dominick, A.D., and Michael, I.G. (eds.) the encyclopedia of the anthropocene, Elsevier, London.
  27. Prager, A., Munz, S., Nkebiwe, P., Mast, B., and Graeff-Honninger, S. 2018. Yield and quality characteristics of different quinoa (Chenopodium quinoa) cultivars grown under field conditions in Southwestern Germany. J. Agronomy 8: 10. 197-216.
  28. Qadir, M., Quillerou, E., Nangia, V., Murtaza, G., Singh, M., Thomas, R.J., Dreschel, P., Noble, A.D., 2014. Economics of salt-induced land degradation and restoration. Nat Resour Forum. 38: 4. 282-295.
  29. Ruiz, K. B., Maldonado, J., Biondi, S., and Silva, H. 2019. RNA-seq analysis of salt-stressed versus non salt-stressed transcriptomes of Chenopodium quinoa landrace R49 genes. 10: 12. 1042-1061.
  30. Sabbagh, S.K., Poorabdollah, A., Sirousmehr, A., and Gholamalizadeh-Ahangar, A. 2017. Bio-fertilizers and systemic acquired resistance in Fusarium infected wheat. J. Agric. Sci. 19: 2. 453-464.
  31. Sheshbahreh, M., Movahhedi Dehnavi, M., Salehi, A., and Bahreininejad, B. 2019. Effect of irrigation regimes and nitrogen sources on biomass production, water and nitrogen use efficiency and nutrients uptake in coneflower (Echinacea purpurea). Agric Water Manag. 213: 3. 358-367.
  32. Stamenkovic, C., Beskoski, V., Karabegovic, I., Lazic, M., and Nikolic, N. 2018. Microbial fertilizers: A comprehensive review of current findings and future perspectives. Span. J. Agric. 16: 1. 210-228.
  33. Wilson, C., Read, J.J., and Abo-Kassem, E. 2002. Effect of mixed-salt salinity on growth and ion relations of a quinoa and a wheat variety. J. Plant Nutr. 25: 12. 2689-2704.
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 13، شماره 1
خرداد 1399
صفحه 125-146

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار