اثر ازتوباکتر بر فتوسنتز و تولید زیست‌توده گیاهان شیرین‌بیان (. Glycyrrhiza glabra L) حاصل از بذر و ریزوم در شرایط کاهش کوددهی نیتروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد زراعت-اکولوژی گیاهان زراعی، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 دانشجوی دکتری زراعت-فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران،

3 دانشیار، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

4 دانشیار، بخش زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی دانشگاه شهید باهنر کرمان

5 دانش‌آموخته دکتری زراعت-اکولوژی گیاهان زراعی، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: گیاه . Glycyrrhiza glabra Lکه معمولاً به‌نام شیرین‌بیان شناخته می‌شود، یک گیاه دارویی چندساله است که از فواید مختلفی برای سلامتی برخوردار است. عصاره ریشه شیرین‌بیان را می‌توان برای طب سنتی و صتایع غذایی و دارویی استفاده کرد زیرا حاوی ترکیبات فعال زیستی و ترکیبات مهمی از جمله گلیسیریزین، لیکویریتین و گلابرین است. استفاده از ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه به‌عنوان کودهای زیستی به طور فزاینده‌ای به‌عنوان راهی برای کاهش میزان کاربرد کودهای شیمیایی در سیستم‌های کشاورزی پیشنهاد شده است. بنابراین، هدف از این مطالعه ارزیابی تاثیر ازتوباکتر به عنوان یکی از محرک‌های رشد گیاه به تنهایی و در تلفیق با سطح کاهش یافته کاربرد کود شیمیایی بر فتوسنتز، تبادلات گازی و تولید زیست‌توده گیاهان شیرین‌بیان تکثیرشده از طریق بذر و ریزوم بود.
مواد و روش‌ها: آزمایش مزرعه‌ای با تلقیح بذور و ریزوم‌های گیاهان شیرین‌بیان باAzotobacter chroococcum (Ac: سویه 1087) به‌تنهایی یا در ترکیب با سطح کاهش یافته کاربرد کودهای شیمیایی انجام شد. پنج تیمار آزمایش شامل (1) شاهد: بدون تلقیح و کوددهی (2) تلقیح با Ac؛ (3) 100 درصد کوددهی: 100 درصد مقدار توصیه شده نیتروژن؛ (4)50 درصد کوددهی و (5) 50 درصد کوددهی+ تلقیح با Ac بود که در هر دو روش تکثیر (بذر و ریزوم) مورد ارزیابی قرار گرفتند. سرعت فتوسنتز خالص، سرعت تعرق برگ، CO2 بین‌سلولی، راندمان مصرف آب فتوسنتزی، محتوای کلروفیل (عدد SPAD)، ارتفاع بوته، سطح برگ و وزن خشک اندام هوایی، ریشه، ریزوم و زیست‌توده کل (ریزوم+ریشه) اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: نتایج مشاهده شده نشان داد که گیاهان حاصل از ریزوم نسبت به گیاهان حاصل از بذر افزایش 75 درصدی در ارتفاع بوته، افزایش چهار برابری سطح برگ در بوته، افزایش نه برابری وزن خشک اندام هوایی، افزایش 6/6 برابری در وزن هر ریزوم و به ترتیب افزایش 23 برابر، 3/7 برابر و 1/11 برابری در تولید ریزوم، ریشه و زیست‌توده کل نشان دادند. نتایج همچنین نشان داد که، تلقیح با ازتوباکتر بیش از پارامترهای مرتبط با رشد رویشی و تولید زیست‌توده اندام هوایی، تولید زیست‌توده ریشه را تحت تاثیر قرار داد. از نکات جالب توجه این بررسی این بود که تلقیح هم‌زمان ازتوباکتر همراه با کاربرد میزان 50 درصد کود، با بهبود 180 و 114 درصدی سطح برگ، 13 و 9 درصدی محتوای کلروفیل، 119 و 15 درصدی فتوسنتز خالص و 43 و 42 درصدی کارایی مصرف آب فتوسنتزی، محتوای ماده خشک اندام هوایی را به ترتیب 134 و 147 درصد و تولید زیست‌توده کل را به ترتیب 149 و 94 درصد به‌ترتیب در گیاهان حاصل از ریزوم و بذر بهبود داد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که تلقیح هم‌زمان ازتوباکتر و کاربرد 50 درصد اوره نتایج مشابهی با کاربرد 100 درصد کود شیمیایی اوره نشان داد.
نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان داد که تلقیح با A. chroococcum در تلفیق با دوز کاهش یافته کاریرد اوره می‌تواند بدون کاهش معنی‌دار عملکرد شیرین‌بیان تولید شده از طریق بذر و ریزوم، میزان کوددهی نیتروژن را تا 50 درصد کاهش دهد. نتایج این مطالعه همچنین نشان داد که شیرین‌بیان حاصل از ریزوم در سال اول رشد در صفات مختلف رشد و عملکرد، افزایش چند برابری نسبت به شیرین‌بیان حاصل از بذر نشان داد. این می‌تواند در فرایند تولید گیاهان شیرین‌بیان در شرایط مختلف، براساس جوانب مختلف تولید مد نظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Influence of Azotobacter on photosynthesis and biomass production of licorice (Glycyrrhiza glabra L.) plants produced from seeds and rhizomes under reduced nitrogen fertilization conditions

نویسندگان [English]

  • Mahboubeh Abdolhosseinpour 1
  • Marzieh Besharati-Far 2
  • Gholamreza Khajoei-Nejad 3
  • Ghasem Mohammadi-Nejad 4
  • Jalal Ghanbari 5
1 MSc Student in Agronomy- Crop Ecology, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran.
2 Ph.D. student of Crop Physiology-Physiology, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
3 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
4 Department of Agronomy and Plant Breeding, College of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman ,Kerman-Iran
5 Ph.D student in agriculture-ecology of crop plants, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

Background and Objective: Glycyrrhiza glabra L., commonly known as licorice is a perennial medicinal plant, which possesses multiple health benefits. Licorice root extract can be used for traditional medicine and food and pharmaceutical industries since it contains bioactive compounds and main ingredients, glycyrrhizin, liquiritin, and glabridin. The utilization of plant growth-promoting rhizobacteria as biofertilizers is increasingly being suggested as a way to reduce the application rate of chemical fertilizers in agricultural systems. Therefore, the aim of this study was to assess the impact of Azotobacter as one of the plant growth-promoting bacteria alone and in combination with a reduced application rate of chemical fertilizer on photosynthesis, gas exchange, and biomass production of licorice plants propagated through seeds and rhizomes.
Materials and Methods: A field experiment was conducted by inoculating the seeds and rhizomes of licorice plants with Azotobacter chroococcum (Ac; strain 1087) alone or in combination with reduced level of chemical fertilizer. The five treatments for the experiment were (i) control (no inoculation and fertilization) (ii) Ac inoculation; (iii) 100% recommended N (100% N) (iv) 50% recommended N (50% N); and (v) Ac inoculation + 50% N which were evaluated in both propagation methods (seeds and rhizomes). Net photosynthesis rate, leaf transpiration rate, intracellular CO2, photosynthetic water use efficiency, chlorophyll content (SPAD value), plant height, leaf area, and shoot, root, and rhizome dry weight, and total biomass production (root + rhizome) were measured.
Results: The observed results revealed that the licorice plants produced from the rhizomes showed an increase in plant height by 75%, a four-fold increase in the leaf area, a nine-fold increase in the shoot dry weight, a 6.6-fold increase in each rhizome weight, and increase of 23-fold, 7.3-fold, and 11.1-fold in production of the rhizome, root, and total biomass respectively, compared with the plants produced from seeds. The findings also showed that Ac inoculation further influenced root and rhizome biomass production more than vegetative growth-related parameters and shoot biomass production. Integrated inoculation of Ac with 50% N applied, interestingly, improved the plant shoot dry weight by 134 and 147% and total biomass production by 149 and 94% through improving the leaf area by 180 and 114%, SPAD value by 13 and 9%, net photosynthesis rate by 119 and 15%, and water use efficiency by 43 and 42% in plants resulted from rhizomes and seeds, respectively. Moreover, results demonstrated that simultaneous inoculation of Ac and the application of 50% N showed similar results compared with the application of 100% N.
Conclusion: These findings suggest that inoculation of A. chroococcum integrated with a reduced dose of urea can reduce the amount of nitrogen fertilization up to 50% without significantly reducing the yield of licorice produced through seeds and rhizomes. The results of this study also showed that the licorice produced from the rhizomes showed a multifold increase in various growth and yield traits compared to the licorice obtained from the seed during the first growing year. This can be considered in the production of licorice plants in different conditions, based on different production aspects.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Licorice
  • Photosynthesis parameters
  • Plant growth promoting bacteria
  • Sexual and asexual propagation

مراجع

  1. Consentino, B. B., Aprile, S., Rouphael, Y., Ntatsi, G., De Pasquale, C., Iapichino, G., … Sabatino, L. (2022). Application of PGPB combined with variable n doses affects growth, yield-related traits, N-fertilizer efficiency and nutritional status of lettuce grown under controlled condition. Agronomy, 12(2), 236. https://doi.org/10.3390/agronomy12020236.
  2. Sahoo, R. K., Ansari, M. W., Dangar, T. K., Mohanty, S., & Tuteja, N. (2014). Phenotypic and molecular characterisation of efficient nitrogen-fixing Azotobacter strains from rice fields for crop improvement. Protoplasma, 251, 511–523.
  3. Arora, M., Saxena, P., Abdin, M. Z., & Varma, A. (2018). Interaction between Piriformospora indica and Azotobacter chroococcum governs better plant physiological and biochemical parameters in Artemisia annua plants grown under in vitro conditions. Symbiosis, 75, 103–112.
  4. Mousavi, S. S., Karami, A., & Maggi, F. (2022). Photosynthesis and chlorophyll fluorescence of Iranian licorice (Glycyrrhiza glabra) accessions under salinity stress. Frontiers in Plant Science, 13, 984944. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.984944.
  5. Romero-Perdomo, F., Abril, J., Camelo, M., Moreno-Galván, A., Pastrana, I., Rojas-Tapias, D. F., & Bonilla, R. (2017). Azotobacter chroococcum as a potentially useful bacterial biofertilizer for cotton (Gossypium hirsutum): Effect in reducing N fertilization. Revista Argentina de Microbiologia, 49(4), 377–383. https://doi.org/10.1016/j.ram.2017.04.006.
  6. Wani, S. A., Chand, S., Wani, M. A., Ramzan, M., & Hakeem, K. R. (2016). Azotobacter chroococcum–a potential biofertilizer in agriculture: an overview. Soil Science: Agricultural and Environmental Prospectives, 333–348.
  7. Aasfar, A., Bargaz, A., Yaakoubi, K., Hilali, A., Bennis, I., Zeroual, Y., & Meftah Kadmiri, I. (2021). Nitrogen fixing Azotobacter species as potential soil biological enhancers for crop nutrition and yield stability. Frontiers in Microbiology, 12, 354. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.628379.
  8. Chaudhary, D., Narula, N., Sindhu, S. S., & Behl, R. K. (2013). Plant growth stimulation of wheat (Triticum aestivum ) by inoculation of salinity tolerant Azotobacter strains. Physiology and Molecular Biology of Plants, 19, 515–519.
  9. Kordi, S., Salmasi, S. Z., Kolvanagh, J. S., Weisany, W., & Shannon, D. A. (2020). Intercropping system and N2 fixing bacteria can increase land use efficiency and improve the essential oil quantity and quality of sweet basil (Ocimum basilicum ). Frontiers in Plant Science, 11, 2069. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.610026.
  10. Vafadar-Yengeje, L., Amini, R., & Dabbagh Mohammadi Nasab, A. (2019). Chemical compositions and yield of essential oil of Moldavian balm (Dracocephalum moldavica) in intercropping with faba bean (Vicia faba L.) under different fertilizers application. Journal of Cleaner Production, 239, 118033. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118033.
  11. Hayashi, H., & Sudo, H. (2009). Economic importance of licorice. Plant Biotechnology, 26(1), 101–104. https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.26.101.
  12. Bahmani, M., Rafieian-Kopaei, M., Jeloudari, M., Eftekhari, Z., Delfan, B., Zargaran, A., & Forouzan, S. (2014). A review of the health effects and uses of drugs of plant licorice (Glycyrrhiza glabra L.) in Iran. Asian Pacific Journal of Tropical Disease, 4(S2), S847–S849.
  13. Jiang, M., Zhao, S., Yang, S., Lin, X., He, X., Wei, X., … Zhang, J. (2020). An “essential herbal medicine”—Licorice: A review of phytochemicals and its effects in combination preparations. Journal of Ethnopharmacology, 249, 112439. https://doi.org/10.1016/j.jep.2019.112439.
  14. Ghadiri, H., & Bagherani, T. N. (2000). Effects of scarification and temperature on germination of licorice (Glycyrrhiza glabra) seeds. Journal of Agricultural Science and Technology, 2(4), 257–262. Retrieved from http://jast.modares.ac.ir/article-23-11099-en.html
  15. Zhang, J., Yao, J., Ding, L., Guo, S. J., & Yang, Y. L. (2000). Study advances on the utilization of Glycyrrhiza. Grassland Turf, 89(2), 12–17.
  16. Karkanis, A., Martins, N., Petropoulos, S. A., & Ferreira, I. C. F. R. (2018). Phytochemical composition, health effects, and crop management of liquorice (Glycyrrhiza glabra): Α medicinal plant. Food Reviews International, 34(2), 182–203.
  17. Mambetnazarov, A. B., Aybergenov, B. A., Kurbaniyazova, B. J., Jumatova, R. M., Turimbetov, M. S., Sabirova, M. G., & Sabirov, G. (2021). To the development of optimal methods for licorice seeds growing (Glycyrrhiza glabra) in irrigated lands of the Republic of Karakalpakstan. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 937, p. 32102). IOP Publishing.
  18. Ghanbari, J., Besharati-Far, M., & khajoei-Nejad, G. (2022). Response of Seed Germination and Seedling Growth of Licorice to Chemical Scarification and Gibberellic Acid Levels. Journal of Crops Improvement, 24(4), 1311–1324. https://doi.org/10.22059/jci.2021.328615.2595. [In Persian]
  19. Mao, P.-S., Wang, Y.-H., Wang, X.-G., Lian, J.-J., & Huang, Y. (2008). Conditions and Stimulation for Germination in Glycyrrhiza uralensis Fisch Seeds. Agricultural Sciences in China, 7(12), 1438–1444. https://doi.org/10.1016/S1671-2927(08)60400-9.
  20. Liu, Y., Li, Y., Luo, W., Liu, S., Chen, W., Chen, C., … Wei, G. (2020). Soil potassium is correlated with root secondary metabolites and root-associated core bacteria in licorice of different ages. Plant and Soil, 456(1), 61–79. https://doi.org/10.1007/s11104-020-04692-0.
  21. Dagar, J. C., Yadav, R. K., Dar, S. R., & Ahamad, S. (2015). Liquorice (Glycyrrhiza glabra): a potential salt-tolerant, highly remunerative medicinal crop for remediation of alkali soils. Current Science, 108(9), 1683–1688. Retrieved from http://www.jstor.org/stable/24905534.
  22. Khaitov, B., Karimov, A., Khaitbaeva, J., Sindarov, O., Karimov, A., & Li, Y. (2022). Perspectives of Licorice Production in Harsh Environments of the Aral Sea Regions. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(18), 11770. https://doi.org/10.3390/ijerph191811770.
  23. Babu, S., Singh, R., Yadav, D., Rathore, S. S., Raj, R., Avasthe, R., … Singh, V. K. (2022). Nanofertilizers for agricultural and environmental sustainability. Chemosphere, 292, 133451. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.133451.
  24. Sahandi, M. S., Mehrafarin, A., Badi, H. N., Khalighi-Sigaroodi, F., & Sharifi, M. (2019). Improving growth, phytochemical, and antioxidant characteristics of peppermint by phosphate-solubilizing bacteria along with reducing phosphorus fertilizer use. Industrial Crops and Products, 141, 111777.
  25. Thilagar, G., Bagyaraj, D. J., & Rao, M. S. (2016). Selected microbial consortia developed for chilly reduces application of chemical fertilizers by 50% under field conditions. Scientia Horticulturae, 198, 27–35. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.11.021.
  26. Baligar, V. C., Fageria, N. K., & He, Z. L. (2001). Nutrient use efficiency in plants. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 32(7–8), 921–950. https://doi.org/10.1081/CSS-100104098.
  27. Baligar, V. C., Fageria, N. K., & He, Z. L. (2007). Communications in Soil Science and Plant Analysis, (December 2012), 37–41. Retrieved from https://doi.org/10.1081/CSS-100104098.
  28. Mousavi, S. S., Karami, A., Saharkhiz, M. J., Etemadi, M., & Zarshenas, M. M. (2022). Evaluation of metabolites in Iranian Licorice accessions under salinity stress and Azotobacter inoculation. Scientific Reports, 12(1), 15837. https://doi.org/10.1038/s41598-022-20366-6.
  29. Chauhan, H., & Bagyaraj, D. J. (2015). Inoculation with selected microbial consortia not only enhances growth and yield of French bean but also reduces fertilizer application under field condition. Scientia Horticulturae, 197, 441–446. https://doi.org/10.1016/ j.scienta.2015.10.001.
  30. Hosseinzadah, F., Satei, A., & Ramezanpour, M. R. (2011). Effects of mycorhiza and plant growth promoting rhizobacteria on growth, nutrients uptake and physiological characteristics in Calendula officinalis L. Middle East Journal of Scientific Research, 8(5), 947–953.
  31. Nosheen, A., Bano, A., Naz, R., Yasmin, H., Hussain, I., Ullah, F., … Tahir, A. T. (2019). Nutritional value of Sesamum indicum L. was improved by Azospirillum and Azotobacter under low input of NP fertilizers. BMC Plant Biology, 19(1), 466. https://doi.org/10.1186 /s12870-019-2077-3.
  32. Egamberdieva, D., & da Silva, J. A. T. (2015). Medicinal plants and PGPR: a new frontier for phytochemicals. Plant-Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) and Medicinal Plants, 287–303.
  33. Babakhani, V., Tohidi-Nejad, E., Khajoei-Nejad, G., & Ghanbari, J. (2022). Biomass Production and Nitrogen Use Efficiency in Dill-Fenugreek Intercropping in Response to Biofertilizers and Manure. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 32(4), 1–18. https://doi.org/10.22034/saps.2022.48673.2759. [In Persian]
  34. Khanamani, A., Tohidi-Nejad, E., Khajoei-Nejad, G., & Ghanbari, J. (2023). Evaluation of Efficiency in Fenugreek-Black Cumin Intercropping Under Application of Growth-Promoting Bacteria and Nitrogen Fertilizer Amounts. Journal of Crops Improvement, 25(1), 159–175. https://doi.org/10.22059/jci.2022.336635.2661. [In Persian]
  35. Paungfoo-Lonhienne, C., Redding, M., Pratt, C., & Wang, W. (2019). Plant growth promoting rhizobacteria increase the efficiency of fertilisers while reducing nitrogen loss. Journal of Environmental Management, 233, 337–341. https://doi.org/10.1016 /j.jenvman.2018.12.052.
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 16، شماره 4
دی 1402
صفحه 113-132

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار