تاثیر نیتروژن و کودهای زیستی (میکوریزا و ازتوباکتر) بر محتوای کلروفیل، عملکرد و مولفه‌های پرشدن دانه گندم‎ ‎‏(‏Triticum aestivum L.‎‏) ‏

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، دانشکده فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران، پاکدشت، ایران

2 دانشیلر، گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، دانشکده فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران، پاکدشت، ایران

3 استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

مقدمه: نیتروژن یک عنصر ضروری در گیاهان زراعی است و کاربرد آن یکی از مهم‌ترین فاکتورها برای بهبود رشد، محتوای کلروفیل، سرعت و دوره پر شدن دانه و همچنین عملکرد دانه گندم است. اگرچه نیتروژن اصلی‌ترین درشت مغذی تعیین کننده اجزای پر شدن دانه گندم است، اما خروج مقادیر زیادی از کود نیتروژن به محیط، می‌تواند موجب ایجاد مشکلات جدی زیست‌محیطی مانند آلودگی آب‌های زیرزمینی شود. در چنین وضعیتی، راه‌کارهای متعددی به‌منظور کاهش اثرات آلودگی ناشی از مقادیر زیاد کود نیتروژن پیشنهاد شده است. در این راستا، کاربرد کودهای زیستی مانند ازتوباکتر و میکوریزا می‌توانند نیاز به کودهای شیمیایی و اثرات نامطلوب زیست‌محیطی را کاهش و عملکرد گیاه را افزایش دهند. از این‌­رو، هدف از این مطالعه، بررسی اثرات نیتروژن و کودهای زیستی (میکوریزا و ازتوباکتر) بر محتوای کلروفیل، عملکرد و اجزای پرشدن دانه گندم بود.
مواد و روش‌ها: آزمایش به‌­صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه پژوهشی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه محقق اردبیلی در سال 1401-1400 اجرا شد. فاکتورهای آزمایشی شامل کاربرد کودهای زیستی در هشت سطح (عدم کاربرد به‌عنوان شاهد، ازتوباکتر، میکوریزا Glomus moseae، میکوریزا Glomus intradices، میکوریزا Glomus moseae با ازتوباکتر، میکوریزا Glomus intradices با ازتوباکتر، میکوریزا Glomus moseae با Glomus intradices، کاربرد میکوریزا Glomus moseae و Glomus intradices به‌همراه ازتوباکتر) و مقادیر کود نیتروژن در سه سطح (عدم کاربرد نیتروژن به‌عنوان شاهد و کاربرد 100 و 200 کیلوگرم اوره در هکتار) را بودند. در این آزمایش از گندم رقم چمران با تراکم بهینه 400 بذر در متر مربع استفاده شد. قارچ میکوریزا (Glomus mosseae و Glomus intraradices) از موسسه زیست‌فناوران توران در شاهرود تهیه شد. خاک آزمایش با قارچ میکوریزا بر اساس پروتکل سازنده (20 گرم درمترمربع) تیمار شد. ازتوباکتر از ریزوسفر گندم توسط موسسه خاک و آب تهران جداسازی شد. تراکم سویه­ ریزجانداران مورد استفاده به‌عنوان ازتوباکتر در این آزمایش108 باکتری در هر میلی­لیتر (cfu.ml-1 108×1) بود. به‌منظور بررسی حجم ریشه، تعدادی کیسه پلاستیکی در هرکرت قبل از کاشت قرار داده شدند. ریشه­ها در مرحله رسیدگی برداشت و پس از شستشو، حجم ریشه توسط استوانه مدرج اندازه­گیری شد. برای تعیین مولفه‌های پرشدن دانه، از مدل خطی دو تکه‌ای استفاده شد. در این رابطه، برای تعیین اجزای پر شدن دانه (مانند دوره پرشدن دانه، سرعت پر شدن دانه و دوره موثر پر شدن دانه)، اولین نمونه‌برداری 10 روز پس از سنبله‌دهی و نمونه‌برداری‌های بعدی در فواصل زمانی هر چهار روز یک‌بار به‌منظور تعیین تجمع وزن دانه انجام شد. برای تعیین عملکرد زیستی و عملکرد دانه، مساحت 0.2 مترمربع از هر کرت برداشت شد.
یافته‌های تحقیق: نتایج نشان داد که کاربرد ازتوباکتر و میکوریزا (موسه‌آ و اینترا) با 200 کیلوگرم اوره در هکتار، موجب افزایش محتوای کلروفیل a (48.52 درصد)، کلروفیل b (39.47 درصد)، کلروفیل کل (45.67 درصد)، کارتنوئید (58.94 درصد)، حداکثر وزن دانه (41.84 درصد)، سرعت پر شدن دانه (7.97 درصد)، طول دوره و دوره موثر پر شدن دانه (به‌ترتیب 18.44 و 31.33 درصد) و حجم ریشه (37.43 درصد) در مقایسه با عدم کاربرد کودهای زیستی و نیتروژن شد. همچنین کاربرد ازتوباکتر و میکوریزا (موسه‌آ و اینترا) با 200 کیلوگرم اوره در هکتار ارتفاع بوته، طول سنبله، وزن هزار دانه و عملکرد دانه گندم را به‌ترتیب 51.5، 42.85، 47.19 و 36.68 درصد در مقایسه با عدم کاربرد کودهای زیستی و عدم مصرف نیتروژن افزایش داد.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این آزمایش به‌نظر می‌رسد که کاربرد کودهای زیستی (ازتوباکتر و میکوریزا) و کود نیتروژن از طریق بهبود مولفه­های پرشدن دانه و برخی صفات فیزیولوژیک، می‌تواند عملکرد دانه گندم را افزایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effects of nitrogen and biofertilizers (mycorrhiza and azotobacter) on chlorophyll content, yield and grain filling components of wheat‏

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Yazdani 1
  • Gholam Abbas Akbari 2
  • Raouf Seyed Sharifi 3
1 M.Sc. Student, Department of Agronomy and Plant Breeding Sciences, College of Aburaihan, University of Tehran, Pakdasht, Iran
2 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding Sciences, College of Aburaihan, University of Tehran, Pakdasht, Iran
3 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Introduction
Nitrogen (N) is an essential element in crop plants and it’s ‎application is one of the important  factors for improving growth, chlorophyll content, rate and grain filling period as well as ‎grain yield of wheat. Although nitrogen is the major macronutrient determining grain filling components of wheat, but the release of large rates of nitrogen fertilizer into the environment can cause a serious environmental problem such as groundwater pollution. In such a situation, several strategies have been proposed to decrease the effects of pollution caused by large rates of nitrogen fertilizer. In this regard, application of biofertilizers such as Azotobacter and mycorrhiza can decrease the need for chemical fertilizers and adverse environmental effects, and increase crop yield. The aim of this study was to evaluate the effects of nitrogen and biofertilizers (mycorrhiza and Azotobacter) on chlorophyll content, yield and grain filling components of wheat.
Materials and methods
The factorial experiment was carried out in randomized complete block design with three replications at the research field of Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran, in 2022-2023. The experimental factors were included the application of biofertilizers in eight levels (no application as control, and application of Azotobacter, mycorrhiza Glomus moseae, mycorrhiza Glomus intraradices, Glomus moseae and Azotobacter, Glomus intraradices and Azotobacter, Glomus moseae and Glomus intraradices, Glomus moseae and Glomus intraradices along with Azotobacter), and nitrogen fertilizer rates at three levels (no application as control, and application of 100 and 200 kg urea.ha-1). The wheat cultivar ‘Chamran’ was used in this experiment with the optimal density of 400 seeds.m-2. Mycorrhiza fungi (Glomus mosseae and Glomus intraradices) were obtained from Turan Zist Fanavar Institute, Shahrood, Iran. The soils with mycorrhiza fungi were treated based on the manufacturer’s protocol (20 g.m-2). Azotobacter were isolated from the rhizosphere of wheat by Research Institute of Soil and Water, Tehran, Iran. The strain density of microorganism used as Azotobacter in this experiment were 1×108 bacteria per milliliter (108 cfu/ml−1). To study the root volume, a number of plastic bags were put in each plot before planting. The roots were removed at maturity stage and after washing, root volume was measured by graduated cylinder. Two piecewise linear model was used to determine the grain filling parameters. To determinate grain filling components (such as grain filling period, grain filling rate, effective grain filling period), the first sampling was done 10 days after heading, and other samplings were done in 4-days intervals to determine the accumulation of grain weight. For determination of biological yield and grain yield, 0.2 m2 was harvested in each plot.
Research findings
The results showed that application of Azotobacter and mycorrhiza (Glomus moseae and Glomus intraradices) with 200 kg urea.ha-1 increased chlorophyll-a (48.52%), chlorophyll-b (39.47%), total chlorophyll (45.67%), carotenoid (58.94%), maximum grain weight (41.84%), grain filling rate (7.97%), grain filling period (18.44%), effective grain filling period (31.33%) and root volume (37.43%) compared to no application of biofertilizers and nitrogen. Also, application of biofertilizers (Glomus mosseae and Glomus intraradices with azotobacter) along with 200 kg urea.ha-1 increased plant height, spike length, 1000 grain weight and grain yield of wheat by 51.5%, 42.85%, 47.19% and 36.68%, respectively, compared to no application of nitrogen and biofertilizers.
Conclusion
According to the results of this study, it seems that the application of biofertilizers (Azotobacter and Mycorrhiza) and nitrogen fertilizer can increase grain yield of wheat by improving the grain filling components and some physiological traits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • biofertilizer
  • plant growth promoting rhizobacteria
  • root volum
  • seed inoculation
  • urea.&lrm

مراجع

Aghahei, R., Seyed Sharifi, R., & Narimani, H. (2022). Effects of mycorrhizae and nano Fe-Zn oxide on nodulation and quantitative and qualitative yield of rain fed lentil (Lens culinaris L.). Journal of Plant Environmental Physiology, 65(3), 93-110. [In Persian]. doi: 10.30495/iper.2022.690263.##Ahmadi Nouraldinvandi, F., Seyed Sharifi, R., Siadat, S. A., & Khalilzadeh, R. (2021). Effects of nano silicon concentrations and bio-fertilizer on yield and grain filling components of wheat in different irrigation regimes. Iranian Journal of Field Crop Research, 19(1), 91-105. [In Persian]. doi: 10.22067/jcesc.2021.67258.0.##Arancon, N. Q., Edwards, C. A., Bierman, P., Welch, C., & Metzger, J. D. (2004). Influences of vermicomposts on field strawberries: Effects on growth and yields. Bioresource Technology, 93(2), 145-153. doi: 10.1016/j.biortech.2003.10.014.##Bahamin, S., Koocheki, A.,  Nassiri Mahallat, M.  and  Beheshti, S.A. (2019). Effect of biological and chemical fertilizers of nitrogen and phosphorus on quantitative and qualitative productivity of maize under drought stress conditions. Enviromental Stresses in Crop Scinces, 12(1), 123-139. [In Persian]. doi: 10.22077/escs.2018.1152.1235.##Banerjee, M. R., Yesmin, L., & Vessey, J. K. (2006). Plant-growth-promoting rhizobacteria as biofertilizers and biopesticides. In: Rai, M. K. (Ed.). Handbook of Microbial Biofertilizers. pp. 137-181. Food Production Press, USA.##Barraclough, P. B., Howartha, J. R., Jonesa, J., Lopez-Bellidob, R., Parmara, S., Shepherda, C. E., & Hawkesforda, M. J. (2010). Nitrogen efficiency of wheat: Genotypic and environmental variation and prospects for improvement. European Journal of Agronomy, 33(1), 1-11. doi: 10.1016/j.eja.2010.01.005.##Biswas, P., Hosain, D., Ullah, M., Akter, N., & Bhuiya, M. A. (2003). Performance of groundnut under different levels of bradyrhizobial inoculum and nitrogen fertilizer. SAARC Journal of Agriculture, 1, 61-68.##Bohrani, A., Pourreza, J., & Haghjoo, M. (2010). Response of winter wheat to co-inoculation with azotobacter arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) under different sour fertilizer. American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Science, 8(1), 376-384.##Burd, G., Dixon, D., & Glick, B. (2000). Plant growth promoting rhizobacteria that decrease heavy metal toxicity in plants. Canadian Journal of Microbiology, 33, 237-245. doi: 10.1139/w99-143.##Cavagnaro, T. R., Bender, S. F., Asghari, H. R., & van der Heijden, M. G. A. (2015). The role of arbuscular mycorrhizas in reducing soil nutrient loss. Trends in Plant Science, 20(5), 83-290. doi: 10.1016/j.tplants.2015.03.004.##Chandrasekhar, B. R., Ambrose, G., & Jayabalan, N. (2005). Influence of biofertilizer and nitrogen source level on the growth and yield of Echinochloa frumentacea (Roxb.) Link. Journal of Agricultural Technology, 1(2), 223-234.##Cho, D. S., Jong., S. K., Park, Y. K., & Son, S. Y. (1987). Studies on the duration and rate of grain filling in rice (Oryza sativa L.). I. Varietal difference and effects of nitrogen. Korean Journal of  Crop Science, 32(1), 103-111.##Cooper, K. M., & Tinker, P. B. (2003). Translocation transfer of nutrients in vesicular-arbuscular mycorrhiza. Uptake translocation of phosphorus, zinc sulphur. New Phytologist, 81, 43-52. doi: 10.1111 /j.1469-8137.1978.tb01602.x.##Copetta, A., Lingua, G., & Berta, G. (2006). Effect of three AM fungi on growth, distribution of glandular hairs, and essential oil production in Ocimum basilicum L. var. Genovese. Mycorrhiza, 16(7), 485-494. doi: 10.1007/s00572-006-0065-6.##El-Kholy, M. A., & Gomaa, A. M . (2000). Biofertilizers and their impact on forage yield and N-content of millet under low level of mineral fertilizers. The Journal of Agricultural Science, 38(2), 813-822.##Ellis, R. H., & Pieta-Filho, C. (1992). The development of seed quality in spring and winter cultivars of barley and wheat. Seed Science Research, 2(1), 9-15. doi: 10.1017/S0960258500001057.##Frietas, J. R., & Germida, J. J. (1990). Plant growth promoting rhizobacteria for winter wheat. Canadian Journal of  Microbiology, 36(4), 265-272. doi: 10.1139/m90-046.##Hatfield, J. L., & Prueger, J. H. (2015). Temperature extremes: Effect on plant growth and development. Weather & Climate Extremes, 10, 4-10. 10.1016/j.wace.2015.08.001.##Jafari, H, Heidari, Gh., & Khalesro, Sh. (2019). Effects of supplemental irrigation and biofertilizers on yield and yield components of dryland wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Agricultural Science & Sustainble Production, 29(2),173-187. [In Persian].##Kapoor, R., Sharma, D., & Bhatnagar, A. K. (2008). Arbuscular mycorrhizae in micropropagation systems and their potential applications. Scientia Horticulturae, 116(3), 227-239. 10.1016/j.scienta.2008.02.002.##Kaviani, B. (2015). The effects of inoculation of plant growth promoting rhizobacteria strains under various levels of nitrogen fertilizer on some physiological traits of wheat var. Morvarid. Journal of Plant Enviromental Physiology, 39(10), 66-78. [In Persian]. dor: 20.1001.1.76712423.1394.10.39.7.9.##Kaya, Y., Kaya, Y., Arisoy, R. Z., & Gocmen, A. (2002). Variation in grain yield and quality traits of bread wheat genotypes by zinc fertilization. Pakistal Journal of Botany, 1(3), 142-144. doi: 10.3923/ja.2002.142.144.##Khalilzadeh, R., Seyed Sharifi, R., & Jalilian, J. (2017). Study the interaction of cycocel and bio-fertilizers on yield and some agro-physiological traits of wheat under soil salinity condition. Environmental Stresses in Crop Sciences, 10(3), 425-443. [In Persian]. https://doi.org/10.22077/escs.2017.22.1010.##Kumar, A. (2018). Impact of biofertilizers in enhancing growth and productivity of wheat: A review. International Journal of Chemical Studies, 6(4), 360-362.##Mader, P., Kaiser, F., Adholeya, A., Singh, R., Uppal, H. S., Sharma, A. K., Srivastava, R., Sahai, V., Aragno, M., Wiemken, A., Johri, B. N., & Fried, P. M. (2011). Inoculation of root microorganisms for sustainable wheat-rice and wheat-black gram rotations in India. Soil Biology & Biochemistry, 43, 609-619.##Mahmoudzadeh, M., Rasouli Sadaghiani, M. H., & Lajayer, H. (2016). Effect of plant growth promoting rhizobacteria and arbuscular mycorrhizal fungi on growth characteristics and concentration of macronutrients in peppermint (Mentha pipperita L.) under greenhouse conditions. Journal of Science & Technology of Greenhouse Culture, 6(4), 155-168.##Malik, K. A., Mirza, M. S., Hassan, U., Mehnaz, S., Rasul, G., Haurat, J., Bally, R., & Normand, P. (2001). The role of plant-associated beneficial bacteria in rice-wheat cropping system. In: Kennedy, I. R., & Choudhury, A. T. M. A. (Eds.). Biofertilizers in Action. Rural Industries Research and Development Corporation, Australia. pp. 73-83.##Murchie, E. H., Yang, J., Hubbart, S., Horton, P., & Peng, S. (2002). Are there associations between grain-filling rate and photosynthesis in the flag leaves of field-grown rice? Journal of Experimental Botany, 53(378), 2217-2224. doi: 10.1093/jxb/erf064.##Nazarian, R., Samim, N. A, Sahabi, H., & Feizi, H. (2022). Effect of nitrogen supply sources on wheat (Triticum aestivum L.) quality and quantity yield. Journal of Agroecology, 14(2), 363-377. doi: 10.22067/agry.2021.69468.1031.##Rai, S. N., & Gaur, A. C. (1998). Characterization of Azotobacter spp. and effect of Azotobacter and Azospirillum as inoculants on the yield and N-uptake of wheat crop. Plant & Soil, 109, 131-134. doi: 10.1007/BF02197592.##Ronanini, D., Savin, R., & Hal, A. J. (2004). Dynamic of fruit growth and oil quality of sunflower (Helianthus annuus L.) exposed to brief interval of high temperature during grain filling. Field Crops Research, 83, 79-90. doi: 10.1016/S0378-4290(03)00064-9.##Ryder, M. H., Yan, Z., Terrace, T. E., Rovira, A. D., Tang, W., & Correll, R. L.(1999). Use of strains of Bacillus isolated in China to suppress take-all and rhizoctonia root rot, and promote seedling growth of glasshouse-grown wheat in Australian soils. Soil Biology & Biochemistry, 31(1), 19-29. doi: 10.1016/S0038-0717(98)00095-9.##Seyed Sharifi, R., & Abassi, H. (2014). Study of various levels of nitrogen fertilizer and plant density on grain yield, rate and effective grain filling period of sunflower (Helianthus annus L.) cultivars in Ardabil region. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology), 27(2), 228-242. [In Persian]. dor: 20.1001.1.23832592.1393.27.2.7.7.##Seyed Sharifi, R., & Haydari Siahkhalaki, M. S. (2016). Effects of biofertilizers on growth indices and contribution of dry matter remobilization in wheat grain yield. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology), 28(2), 326-343. dor: 20.1001.1.23832592.1394.28.2.11.8.##Seyed Sharifi, R., & Namvar, A. (2016). Biofertilizers in Agronomy. University of Mohaghegh Ardabili Publications. 282 p. [In Persian].##Seyed Sharifi, R., & Seyed Sharifi, R. (2020). Effects of starter nitrogen, methanol and biofertilizers application on yield, nodulation and grain filling period of rainfed lentil. Journal of Crops Improvement, 22(3), 445-460. [In Persian]. doi: 10.22059/jci.2020.292605.2295.##Shahsavari, N., & Safari, M. (2005). Effect of nitrogen rates on yield and yield components of three wheat cultivars in Kerman. Pajouhesh & Sazandegi, 18(1), 82-87. [In Persian].##Sharma, A. K. (2002). Biofertilizers for Sustainable Aagriculture. Agrobios, India. 407 p.##Spatafora, J. W., Chang, Y., Benny, G. L., Lazarus, K., Smith, M. E., & Berbee, M. L. (2016). A phylum-level phylogenetic classification of zygomycete fungi based on genome-scale data. Mycologia, 108(5), 1028-1046. doi: 10.3852/16-042.##Taherinezhad, A., Ghobadi, M. E., Jalali-Honarmand, S., & Heidari, H. (2019). Investigating the interaction of azotobacter and nitrogen application on the remobilization, yield and yield components of grain barley (Hordeum vulgare L.). Journal of Agroecology, 11(3), 893-908.##Togay, N., Togay, Y., Cimrin, K. M., & Turan, M. (2008). Effect of rhizobium inoculation, sulfur and phosphorus application on yield, yield components and nutrient uptake in chick pea (Cicer arietinum L.). African Journal of  Biotechnology, 7(6), 776-782.##Vessey, J. K. (2003). Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizars. Plant & Soil, 255, 571-586. doi: 10.1023/A:1026037216893.##Vessey, J. K., & Buss, T. J. (2002). Bacillus cereus UW85 inoculation effects on growth, nodulation, and N accumulation in grain legumes: Controlled-environment studies. Canadian Journal of Plant Science, 82(2), 282-290. doi: 10.4141/P01-047.##Wilkinson, S. R., Grunes, D. L., & Sumner, M. E. (2000). Nutrient interactions in soil and plant nutrition. In: Sumner, M. E. (Ed.). Handbook of Soil Science. CRC Press, Boca Raton. pp. 89-112.##Wu, S. C., Cao, Z. H., Li, Z. G., Cheung, K. C., & Wamg, M. H. (2008). Effect of biofertilizer containing N-fixer, P and K solubilizers and AM fungi on maize growth: A greenhouse trial. Geoderma, 125(1-2), 155-166. doi: 10.1016/j.geoderma.2004.07.003.##Yamaguchi, T., Tsuno, Y., Nakano, J., & Miki, K. (1995). Influence of leaf nitrogen content on grain weight at early ripening period and relationship between root respiration and leaf area per spikelet of rice plant.  Japanese Journal of Crop Science, 64(2), 251-258. doi: 10.1626/jcs.64.251.##Zad Behtouei, M., Seyed Sharifi, R., & Khalilzadeh, R. (2019). Effect of nitrogen and biofertilizers on yield, nitrogen use efficiency and some morpho-physiological traits of rice (Oryza sativa L.). Cereal Research, 8(4), 409-421. doi: 10.22124/C.2019.10772.1407.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار