بررسی تغییرات رنگیزه های فتوسنتزی و عملکرد ژنوتیپ های برنج در روش های مختلف آبیاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه زراعت، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران،

2 استادیار، گروه زراعت، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران،

3 استادیار، موسسه تحقیقات برنج، معاونت مازندران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی. آمل، ایران،

چکیده

سابقه و هدف: با توجه به قرارگیری ایران در منطقه خشک و نیمه خشک جهان، احتمال وقوع خشکسالی در آن فراوان است. بنابراین، اجرای فناوری های کم آبیاری به منظور بهره وری بیشتر منابع محدود آب راهکاری علمی در جهت کاهش مصرف آب به شمار می رود. از طرفی، برنج نسبت به دیگر گیاهان زراعی دو تا سه برابر آب بیشتری دریافت می کند و خشکی در برنج مهمترین عامل محدود کننده تولید در سطح جهان است که لزوم استفاده بهینه از منابع آبی جهت تعیین نیاز آبی واقعی گیاه برنج را مشخص می‌سازد. بنابراین، توسعه و معرفی ارقام متحمل به خشکی، با کاربرد روش‌های جدید آبیاری، یک روش مفید برای بهبود بهره وری و راندمان مصرف آب در مقابله با خشکی و کم آبی می باشد. این آزمایش با هدف ارزیابی تأثیر روش های مختلف آبیاری بر تغییرات رنگیزه های فتوسنتزی و صفات کمی ژنوتیپ های برنج به منظور انتخاب ژنوتیپ متحمل به تنش خشکی انجام شده است.
مواد و روش ها: این آزمایش به‌صورت کرت‌های خرد شده در قالب طرح پایه بلوک کامل تصادفی با فاکتور اصلی روش‌های آبیاری در سه سطح غرقابی (FI)، روش تر و خشک شدن تناوبی تا 10 (AWD10) و 20 (AWD20) سانتی‌متری زیر سطح خاک و فاکتور فرعی با 10 ژنوتیپ انتخابی از آزمایش گلخانه‌ای و با سه تکرار در مؤسسه تحقیقات برنج کشور - معاونت مازنداران (آمل) اجرا گردید. صفات مورد مطالعه شامل ویژگی‌های فیزیولوژیکی مانند کلروفیل a، b و کاروتنوئید، شاخص برداشت، عملکرد زیستی و عملکرد دانه می‌باشد. اندازه‌گیری رنگریزه‌های فتوسنتزی توسط دستگاه اسپکتروفتومتر و غلظت آن با استفاده از روش ولبورن و لیچتنتالر (1994) انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که مقادیر رنگیزه های فتوسنتزی در تیمارهای کم آبیاری تفاوتی با آبیاری غرقابی نداشتند. به گونه‌ای که محتوی کاروتنوئید در AWD10 از بیشترین مقدار برخوردار بود. ژنوتیپ ها نیز اثر بسیار معنی داری بر صفات مرتبط با رنگیزه‌های فتوسنتزی و عملکرد گیاه نشان دادند. ژنوتیپ AR8 بیشترین مقدار کلروفیل a و a/ b را به خود اختصاص داد (میانگین به‌ترتیب هشت و دو میکروگرم بر میلی لیتر). بیشترین کلروفیل b و b + a نیز با میانگین 2/5 و 13 میکروگرم بر میلی لیتر در ژنوتیپ وندانا مشاهده شد. بالاترین عملکرد زیستی و دانه نیز به ترتیب مربوط به شیرودی و IR74428-153-2- بود. برهمکنش تیمارها نشان داد که ژنوتیپپ ندا در بین سایر ژنوتیپ ها از نظر محتوی رنگیزه های فتوسنتزی و عملکردی در زمان تنش آبی AWD20 از مزیت بیشتری برخوردار می باشد.
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج این تحقیق می توان بیان کرد که ژنوتیپ ندا، وندانا، (AR8) IR79907-B-493-3-3-1 و IR74428-153-2-3 (53 or 8605) گزینه های مناسبی در شرایط تنش خشکی با ادامه پژوهشهای تکمیلی می باشند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of changes in photosynthetic pigments and yield of rice genotypes in different irrigation methods

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Habibi 1
  • Poria Mazloom 2
  • Morteza Nasiri 3
  • Ali Eftekhri 2
  • Morteza Moballeghi 2
1 Department of Agronomy, Chalous Branch, Islamic Azad University, Chalous, Iran
2 Assistant professor, Department of agronomy, chalus branch, Islamic Azad University, chalus, Iran
3 member of board scientific in Iran Rice Resaech Institute- Amol
چکیده [English]

Background and objectives: Due to Iran's location in the arid and semi-arid region of the world, the possibility of drought is high. Therefore, implementing low irrigation technologies to increase the efficiency of limited water resources is a scientific solution to reduce water consumption. On the other hand, rice receives two to three times more water than other crops and drought in rice is the most important factor limiting production worldwide, which indicates the need for optimal use of water resources to determine the real water needs of rice plants. Therefore, development and introduction of drought tolerant genotypes, using new irrigation methods, is a useful method to improve water productivity and efficiency in the face of drought and water scarcity. The aim of this experiment was to evaluate rice genotypes by measuring traits related to photosynthetic pigments and yield in order to select drought tolerant genotypes.
Materials and methods: The present study, evaluated physiological and qualitative traits of grain with 10 rice genotypes that were known as tolerant genotypes in seedling stage based on the measurement of traits and mechanisms of drought tolerance split-plot arrangement using randomized complete blocks design with three replications in 2016, in Research Institute Rice (Mazandaran), Iran. Experimental research include three different irrigation regime (submerged surface (A0), alternate wetting and drying method up to 10 (A1) and 20 (A2) cm below the soil surface) and 10 genotypes rice that respectively are located in the main plots and sub-plots. The studied traits include physiological characteristics such as chlorophyll a, b and carotenoids, harvest index, biological yield and grain yield. Photosynthetic pigments were measured by spectrophotometer and its concentration was performed by Welburn and Lichtenthaler (1994) method.
Results: The results showed that the amounts of photosynthetic pigments in low irrigation treatments increased compared to flood irrigation. So that the ratio of chlorophyll a to b and carotenoid content in in AWD20 increased by 5 and 20% compared to flood irrigation treatment, respectively. Genotypes also showed a very significant effect on traits related to photosynthetic pigments and quantitative and qualitative grain yield. The AR8 genotype had the highest chlorophyll a and a / b (average of eight and two µgr.ml, respectively). The highest chlorophyll b and a+b were also observed in Vandana genotype with an average of 5.2 and 13 μg.ml. The highest grain and biological yields were related to Shiroodi and IR74428-153-2-3, respectively. The interaction of the treatments showed that Neda genotype among other genotypes during AWD20 water stress has a greater advantage over the studied traits.
Conclusion: The results of this study indicated the preservation of quantitative and qualitative traits of genotypes under drought stress. Also, genotypes showed different reactions to the studied traits. Neda, Vandana, AR8 and IR74428-153-2-3 genotypes were able to increase photosynthetic capacity and quantitative and qualitative grain yield by applying low irrigation treatments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Harvest index
  • Dehydration
  • Chlorophyll

مراجع

  1. Dodd, I., Puértolas, J., Huber, K., Pérez-Pérez, J., W right, H.R. and Blackwell, M.S. 2015. The importance of soil drying and re-wetting in crop phytohormonal and nutritional responses to deficit irrigation. J. Exp. Bot. 66: 1. 175-176.
  2. Fouman, A. 2010. Sorghum breeding and production, Agricultural Education Publication.
  3. Gilani, A., Alami-Saeed, K.H., Siadat, A. and Seidnejah, M. 2012. Study of heat stress on rice (Oryza sativaL.) grain milling quality in Khouzestan. Crop Physiol. J. 4: 14. 5-21.
  4. Bouman, B.A.M., Feng, L., Tuong, T.P., Lu, G., Wang, H. and Feng, Y. 2007. Exploring options to grow rice under water-short conditions in northern China using a modelling approach. II: Quantifying yield, water balance components, and water productivity. Agric Water Manage. 88: 1. 23-33.
  5. Malik, S.A., Gupta, M., Mondal, S.K. and Sinha, B.K. 2011. Characterization of Wheat (Triticum aestivum) genotypes on the basis of metabolic changes associated with water stress. Ind J. Agric. Sci. 81: 8. 761-761.
  6. Mayoral, M.L., Atsman, D., Shinshi, D. and Gromete- Elhanan, Z. 1987. Effect of water stress of enzyme activities of wheat and related wild species: carboxylase activity, electron transport and photophrylation isolated chloroplasts. Aust. J. Plant Physiol. 8: 3. 358-393.
  7. Moumeni, A., Satoh, K., Kondoh, H., Asano, T., Hosaka, A., Venuprasad, R. and Kikuchi, S.M. 2011. Comparative analysis of root transcription profiles of two pairs of drought-tolerante and susceptible rice near-isogenic lines under different drought stress. BMC Plant Biol. 11: 1. 1-17.
  8. Niu, Y., Wang, Y., Li, P., Zhang, F., Liu, H. and Zheng, G. 2013. Drought stress induces oxidative stress and the antioxidant defense system in ascorbate-deficient vtcl mutants of Arabidopsis thaliana. Acta Physiol. Plant. 34: 4. 1189-1200.
  9. Forber, K.J., Ockenden, M.C., Wearing, C., Hollaway, M.J., Falloon, P.D., Kahana, R. and Haygarth, P.M. 2017. Determining the effect of drying time on phosphorus solubilization from three agricultural soils under climate change scenarios. Ren Environ Health. 46: 1. 1131-1136.
  10. Parker, R. and Ring, S.G. 2001. Aspects of the physical chemistry of starch. Cereal Res. Commun.. 34: 1. 1-17.
  11. Bond, R.D., Still, J.A. and Dombek, D.G. 2017. Arkansas corn and grain sorghum performance tests. University of Arkansas.
  12. Deng, Y., Qiao, SH., Wang, W., Zhang, W., Gu, J., Liu, L., Zhang, H., Wang, Z. and Yang, J. 2021. Tolerance to low phosphorus was enhanced by an alternate wetting and drying regime in rice. Food Energy Secur. 10: 1. 1-18.
  13. Djman, K., Mel, V., Diop, L., Sow, A., El-Namaky, R., Manneh, B., Satio, K., Futakuchi, K. and Irmak, S. 2018. Effects of alternate wetting and drying irrigation regime and nitrogen fertilizer on yield and nitrogen use efficiency of irrigated rice in the Sahel. Water Resour Res. 10: 711. 1-20.
  14. Kulshreshtha, S.D., Mishra, P. and Gupta, R.K. 1987. Changes in contents of chlorophyll, proteins and lipids in whole chloroplast and chloroplast membrane fractions different leaf water potentials in drought resistant and sensitive genotype of wheat. Photosynthetica. 21: 6. 65-70.
  15. Xu, Q., Ma, X., Lv, T., Bai, M., Wang, Z. and Niu, J. 2020. Effects of water stress on fluorescence parameters and photosynthetic characteristics of drip irrigation in rice. J. Water Resource Prot. 12: 1. 1-19.
  16. Song, T., Xu, F., Yuan, W., Zhang, Y., Liu, T., Chen, M. and Zhang, J. 2018. Comparison on physiological and phosphorus use efficiency of upland rice and lowland rice under alternate wetting and drying irrigation. Eur. J. Appl. Physiol. 86: 1. 195-210.
  17. Yang, J., Zhang, Q. and Zhang, J. 2017. Moderate wetting and drying increases rice yield and reduces water use, grain arsenic level and methane emission. Crop J. 5: 1. 151-158.
  18. Price, A.H., Norton, G.J., Salt, D.E., Ebenhoeh, O., Meharg, A.A., Meharg, C. and Davies, W.J. 2013. Alternate wetting and drying irrigation for rice in Bangladesh: Is it sustainable and has plant breeding something to offer?. Food Energy secur. 2: 1. 120129.
  19. Wang, Z., Zhang, W., Beebout, S., Zhang, H., Liu, L., Yang, J. and Zhang, J. 2016. Grain yield, water and nitrogen use efficiencies of rice as influenced by irrigation regimes and their interaction with nitrogen rates. Field Crops Res. 193: 1. 54-69
  20. Hussain, S., Hussain, S., Aslan, Z., Rafiq, M., Abbas, A., Saqib, M., Rauf, A., Hano, Ch. and El-Esawi, M. 2021. Impact of different water management regimes on the growth, productivity and resource use efficiency of dry direct seeded rice in central Punjab-Pakistan. Agron. 11: 151. 1-13.
  21. IRRI. 2001. Water in rice research: The way forward. IRRI Annual Report, 2000-2001. 17 p.
  22. Nasiri, M., Meskarbashi, M., Hasibi, P. and Pirdashti, H. 2020. Evaluation and selection of drought tolerant rice genotypes using fluorometric methods. J. Plant Prod. 27: 3. 1-21 (In Persian)
  23. Lichtenthaler, H.K. and Welburn, W. R. 1994. Determination of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochem. Soc. Trans. 11: 5. 591-592.
  24. Hamada, A. 2000. Amelioration of drought stress by ascorbic acid, thiamin or aspirin in wheat plants. Ind J. Plant Physic. 5: 4. 358-364.
  25. Khairi, M., Nozulaidi, M. and Jahan, S. 2015. Effects of different water levels on physiology and yield of salinity rice variety. Aust J Basic Appl Sci. 9: 2. 78-81.
  26. Sarafi, S., Azari, A., Saberi, R. and Mohammadi Mirik, A. 2017. Changes trend of physiological in maize as influenced by delaying irrigation and bacterial in siderophre. J. Crop Prod Process. 7:2.89-102. (In Persian)
  27. Ashraf, M.Y.A.R., Azmi, A., Khan, H. and Ala, S.L. 1994. Effect of water stress on total phenols, peroxidase activity and chlorophyll content in wheat. Acta physiol. Plant.16: 3. 185-197.
  28. IRR. 2012. Annual Report for 2011. Los Baños, Philippines.
  29. Tuong, T.P. and Bouman, B.A.M .2003. Rice production in water-scarce environ Proceedings of the Water Productivity Workshop. IWMI, Sri Lanka.
  30. Castrillo, M. and Calcargo, A.M. 1989. Effects of water stress and rewatering on ribulose-1,5- bisphosphate carboxylase activity, chlorophyll and protein contents in two cultivars of tomato. J. Hortic Sci. 64: 6. 717-724.
  31. Ghosh, B. and Chakma, N. 2015. Impacts of rice intensification system on two C.D. blocks of Barddhaman district. West Bengal. Curr. Sci. 109: 2. 342-346.
  32. Shankar, A.K., Maheswari, M., Yadav, S., Desai, S., Bhanu, D., Attal, N.B. and Venkateswarlu, B. 2014. Drought stress responses in crops. Funct. Integr. Genomics. 14: 1. 11-22.
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 15، شماره 3
مهر 1401
صفحه 41-61

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار