بررسی اثرات تنش کم‌آبی و رقابت علف‌های هرز بر عملکرد و ترکیبات بیوشیمیایی غده ارقام جدید سیب‌زمینی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکتری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

2 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و فناوری کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اردبیل (مغان)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی

10.22069/ejcp.2026.24000.2708

چکیده

چکیده:

سابقه و هدف:

سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) چهارمین محصول غذایی مهم جهان پس از گندم، برنج و ذرت است و با توجه به توان تولید آن می‌تواند سهم بسزایی در امنیت غذایی جهان داشته باشد. امروزه با تشدید بحران کمبود آب، تولید آن را با چالش جدی روبرو ساخته است و حضور علف‌های هرز، این بیوتروریسم‌های پنهان در اکوسیستم‌های کشاورزی این بحران را تشدید می‌کند. گیاهان در پاسخ به چنین شرایطی، واکنش‌های بیوشیمیایی مختلفی از جمله تجمع پرولین و افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی نظیر پراکسیداز و تغییرات غلظت پراکسید هیدروژن (H2O2) نشان می‌دهند. این شاخص‌ها بیانگر سازوکار دفاعی گیاه در برابر تنش بوده و می‌توانند معیاری برای شناسایی ارقام متحمل باشند. هدف این پژوهش، بررسی اثرات متقابل تنش کم‌آبی و رقابت علف‌های هرز بر ویژگی‌های بیوشیمیایی و عملکرد سه رقم جدید سیب‌زمینی بود.

مواد و روش‌ها:

آزمایش در سال زراعی ۱۴۰۲ در مزرعه تحقیقاتی سیب‌زمینی مرکز تحقیقات کشاورزی اردبیل به‌صورت اسپلیت-فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. فاکتور اصلی شامل سه سطح رطوبتی (۱۰۰، ۷۵ و ۵۰ درصد ظرفیت زراعی)، فاکتور فرعی شامل دو سطح رقابت (با و بدون علف‌های هرز) و فاکتور فرعی دوم شامل سه رقم آگریا، رونا و تکتا بود. شاخص‌های بیوشیمیایی شامل پرولین، آنزیم پراکسیداز و H2O2 برگ اندازه‌گیری شدند و در پایان فصل رشد عملکرد غده و کارایی مصرف آب ثبت گردید. داده‌ها با استفاده از تجزیه واریانس و مقایسه میانگین‌ها تحلیل شدند.

یافته‌ها:

نتایج نشان داد که تنش خشکی و رقابت علف‌های هرز به‌طور معنی‌داری باعث تغییر در صفات بیوشیمیایی و عملکرد شدند. رقابت علف‌های هرز سطح پرولین را به‌طور میانگین ۱۳ درصد افزایش داد. همچنین تنش خشکی موجب افزایش پرولین شد، به‌طوری‌که در تیمارهای ۲۵ و ۵۰ درصد کم‌آبی، میزان پرولین به‌ترتیب ۵۲/۷ و ۲۲/۷ درصد بیشتر از شاهد بود. در این میان، رقم تکتا بالاترین تجمع پرولین را تحت شرایط خشکی و رقابت نشان داد، در حالی‌که واکنش رقم رونا کمتر بود. رقابت علف‌های هرز همچنین باعث افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز شد؛ به‌ویژه در رقم تکتا در شرایط بدون تنش که ۲۵ درصد بیشتر بود. غلظت H2O2 بسته به رقم متفاوت بود؛ در ارقام آگریا و رونا حضور علف‌های هرز سبب کاهش H2O2 شد، اما در تکتا بالعکس، افزایش آن مشاهده گردید. عملکرد غده به‌شدت تحت تأثیر قرار گرفت؛ رقابت علف‌های هرز عملکرد را به‌طور متوسط ۷ تن در هکتار کاهش داد. بیشترین کاهش عملکرد در رقم رونا (۵/۱۶٪) و کمترین در تکتا (۱۱٪) بود. همچنین، خشکی شدید باعث افت ۳۴ درصدی عملکرد گردید. بررسی کارایی مصرف آب نشان داد که با افزایش شدت تنش، کارایی مصرف آب به‌ویژه در رقم آگریا در تیمار خشکی شدید بدون رقابت افزایش یافت.

نتیجه‌گیری:

پژوهش حاضر نشان داد که واکنش ارقام سیب‌زمینی به تنش خشکی و رقابت علف‌های هرز متفاوت است و تغییرات پرولین، پراکسیداز و H2O2 شاخص‌های کلیدی تحمل محسوب می‌شوند. ارقامی مانند آگریا (با کارایی بالای مصرف آب) و تکتا (با تجمع بالاتر پرولین) پتانسیل بالاتری برای کشت در شرایط کم‌آبی و رقابت علف‌های هرز دارند. این یافته‌ها می‌توانند در اصلاح ارقام و تدوین برنامه‌های مدیریتی برای افزایش پایداری تولید سیب‌زمینی در شرایط تنش‌های زیستی و غیرزیستی به‌کار روند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Studying the effects of water deficit stress and weed competition on the yield and biochemical composition of tubers of new potato cultivars

نویسندگان [English]

  • ALI Babazadeh Anari 1
  • Hamidreza Mohammaddost chaman abad 2
  • Davoud Hassanpanah 3
  • Yousef Jahani jelodar 3
1 PhD student, Department of Plant Production Engineering and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Professor, Department of Plant Production Engineering and Genetics, Faculty of Agricultural Science and Technology, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Agricultural and Horticultural Research Department, Ardabil Province (Moghan) Agricultural Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization
چکیده [English]

Abstract

Background and Objectives:

Potato (Solanum tuberosum L.) is the fourth most important food crop in the world after wheat, rice, and maize, and due to its production potential, it can play a significant role in global food security. Nowadays, with the intensification of the water scarcity crisis, its production faces serious challenges, further exacerbated by the presence of weeds, the hidden bioterrorists of agricultural ecosystems. Plants, in response to such conditions, exhibit various biochemical reactions, including proline accumulation, enhanced activity of antioxidant enzymes such as peroxidase, and changes in hydrogen peroxide (H2O2) concentration. These indicators represent the plant’s defense mechanisms against stress and can serve as criteria for identifying tolerant cultivars. The aim of this study was to investigate the interactive effects of water deficit stress and weed competition on the biochemical traits and yield of three new potato cultivars.

Materials and Methods:

The experiment was conducted during the 2023 growing season at the Potato Research Farm of the Agricultural Research Center of Ardabil, in a split-factorial design based on a randomized complete block design (RCBD) with three replications. The main factor included three irrigation levels (100, 75, and 50% of field capacity), the first sub-factor included two competition levels (with and without weeds), and the second sub-factor included three potato cultivars: Agria, Rona, and Takta. Biochemical indices, including proline, peroxidase enzyme, and leaf H2O2, were measured, and at the end of the growing season, tuber yield and water use efficiency were recorded. Data were analyzed using analysis of variance (ANOVA) and mean comparison.

Results:

The results revealed that drought stress and weed competition significantly affected biochemical traits and yield. Weed competition increased proline content by an average of 13%. Drought stress also led to an increase in proline, such that under 75% and 50% field capacity treatments, proline levels were 27.5% and 52.7% higher than the control, respectively. Among the cultivars, Takta exhibited the highest proline accumulation under drought and competition conditions, whereas Rona showed the lowest response. Weed competition also enhanced peroxidase activity, particularly in Takta under non-stress conditions, where it was 25% higher. Hydrogen peroxide (H2O2) concentration varied among cultivars: in Agria and Rona, the presence of weeds reduced H2O2 levels, while in Takta, an increase was observed. Tuber yield was strongly affected; weed competition reduced yield by an average of 7 t/ha. The greatest yield reduction occurred in Rona (16.5%), while Takta showed the lowest reduction (11%). Moreover, severe drought stress caused a 34% yield decline. Evaluation of water use efficiency indicated that, with increasing stress intensity, water use efficiency improved, particularly in Agria under severe drought without weed competition.

Conclusions:

The present study demonstrated that potato cultivars respond differently to drought stress and weed competition, and that variations in proline, peroxidase, and H2O2 are key indicators of tolerance. Cultivars such as Agria (with higher water use efficiency) and Takta (with greater proline accumulation) showed higher potential for cultivation under conditions of water deficit and weed competition. These findings can be utilized in breeding programs and the development of management strategies aimed at enhancing the sustainability of potato production under biotic and abiotic stresses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antioxidant enzymes
  • water scarcity crisis
  • oxidative stress and weed competition