بهبود جنبه‌های فیزیولوژیک و عملکرد ذرت (Zea mays L.) با کاربرد خاکی و افشانه کردن عنصر روی تحت شرایط متفاوت رطوبتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

3 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

4 دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

10.22124/cr.2025.30629.1866

چکیده

مقدمه: کمبود آب مهم‌ترین عامل تنش‌زای محیطی بوده که رشد گیاهان را در جهان محدود می‌سازد. در این میان، کاربرد عنصر روی به ‌عنوان یک ریزمغذی ضروری برای رشد طبیعی گیاهان، افزون بر بالا بردن کمّیت و کیفیت محصولات تولیدی، به ‌واسطه افزایش فعالیت فتوسنتزی، آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان و ترکیبات اسموتیک، از جمله پرولین، قادر است در کاهش اثرات زیانبار تنش‌های محیطی، از جمله تنش خشکی، تأثیرگذار باشد. بنابراین، در پژوهش حاضر اثر مقادیر و روش‌های گوناگون کاربرد عنصر روی بر میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان و همچنین رشد و عملکرد ذرت در رویارویی با تنش خشکی بررسی شد و هدف از اجرای آزمایش، بهبود جنبه‌های فیزیولوژیک، رشد و عملکرد ذرت تحت این شرایط بود.

مواد و روش‌ها: این پژوهش به صورت آزمایش اسپلیت پلات در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار در کشتزار پژوهشی دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان انجام گرفت. فاکتورهای مورد بررسی شامل تنش خشکی، با اعمال آبیاری در سه سطح 90، 60 و 30 درصد ظرفیت زراعی و تیمارهای افشانه‌کردن روی در شش سطح، شامل عدم مصرف روی، کاربرد خاکی سولفات روی در مقادیر 10 و 25 کیلوگرم در هکتار، افشانه‌کردن در مراحل ساقه‌روی، ظهور تاسل و مرحله شیری دانه به ‌میزان 5 گرم در لیتر بود. در این پژوهش صفات آهن، روی و فسفر دانه، کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گایاکول پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز، پرولین، شاخص کلروفیل برگ، شاخص سطح برگ، هیدروژن پراکسید، مالون دی آلدئید، عملکرد دانه و زیست‌شناختی مورد ارزیابی قرار گرفت. برای مقایسه میانگین‌ها از آزمون LSD در سطح احتمال 5 درصد و برای انجام تجزیه‌ی داده‌ها از نرم‌افزار SAS (نسخه 9.3) استفاده شد.

یافته‌های تحقیق: نتایج آزمایش نشان داد که برهم‌کنش کاربرد عنصر روی در تنش خشکی بر روی همه ویژگی‌ها به جز عملکرد دانه و عملکرد زیست‌شناختی، که در آنها تنها اثرات ساده معنی‌دار گردیدند، معنی‌دار بود. بر همین اساس، وقوع تنش خشکی موجب کاهش غلظت آهن، روی و فسفر دانه، کاهش میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان شامل سوپراکسیددیسموتاز، گایاکول پراکسیداز، کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز و همچنین، شاخص کلروفیل برگ و شاخص سطح برگ شد. از سویی، با افزایش شدت تنش میزان پراکسیدهیدروژن (197 درصد)، مالون‌دی‌‌آلدئید (256 درصد) و پرولین (129 درصد)، افزایش یافت. در مقابل، کاربرد روی نیز با بهبود صفات ذکر شده موجب کاهش تولید پراکسیدهیدروژن و مالون‌دی‌آلدئید گردید. افزون بر این، تنش خشکی عملکرد دانه و زیستی را کاهش داد. لیکن، کاربرد روی به ‌ویژه کاربرد خاکی 25 کیلوگرم آن موجب بهبود معنی‌دار عملکرد دانه (62 درصد) و عملکرد زیستی (44 درصد) در این گیاه گردید.

نتیجه‌گیری: بر پایه نتایج این پژوهش، ارزیابی صفات بیوشیمیایی و مورفولوژیکی نشان داد که با بروز تنش خشکی به ‌ویژه در شدت‌های بالای تنش، به ‌دلیل ایجاد اختلال در جذب عناصر غذایی از خاک، علاوه بر کاهش غلظت عناصر دانه، شاخص سطح برگ و شاخص کلروفیل برگ، میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان نیز کاهش یافت. در حالی که، تنش خشکی باعث افزایش میزان پرولین شد. در مقابل، کاربرد عنصر روی به‌ویژه کاربرد 25 کیلوگرم در هکتار با تغییر (تشدید) صفات ذکرشده موجب بهبود جنبه‌های فیزیولوژیکی، ریخت‌شناختی و عملکرد گردید. به‌طوری که کاربرد آن در تنش متوسط موجب کاهش پراکسیدهیدروژن، مالون‌دی‌آلدئید و همچنین، افزایش پرولین و میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان شد. همچنین، شایان ذکر است که افشانه‌کردن روی در افزایش غلظت عناصر دانه موثرتر از کاربرد خاکی بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Enhancing the physiological characteristics and yield of maize (Zea mays L.) through the soil application and spraying of zinc under different moisture conditions

نویسندگان [English]

  • Fariborz Shekari 1
  • Amin Abbasi 2
  • Farid Shekari 3
  • Maryam Mohammadzadeh 4
1 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran
2 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran
3 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran
4 Ph. D. Graduate, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran
چکیده [English]

Introduction
Water scarcity is the most significant environmental stress or that limits plant growth in the world. Meanwhile, zinc is recognized as a vital micronutrient that plays a crucial role in the normal growth of plants. Its application has been shown to enhance both the quantity and quality of agricultural produce by promoting the photosynthesis rate, activity of antioxidant enzymes, and some osmolyte compounds such as proline. This enhancement can mitigate the adverse effects of environmental stresses, including drought. Therefore, in the present study, the effects of various amounts and methods of zinc application were investigated on the activity of antioxidant enzymes as well as the growth and grain yield of maize under drought stress conditions. The aim of this experiment was to improve the physiological aspects, growth and yield of maize under these conditions.

Materials and methods
The research was carried out in research station farm of the Faculty of Agriculture of the University of Zanjan as split-plot experiment conducted based on a randomized complete block design with three replications. The main factor included water stress (90%, 60%, and 30% of field capacity) and sub factors included fertilizer treatments include no fertilizer application, soil application of zinc at the10 and 25 Kg ha-1, foliar application of 5 g l-1 zinc at stem elongation, tassel emergence and milking stages. This research examined the characteristics of iron, zinc, and phosphorus in seeds, along with the enzymatic activities of catalase, ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, and superoxide dismutase. Additionally, it assessed proline levels, leaf chlorophyll index, leaf area index, hydrogen peroxide concentration, malondialdehyde content, seed yield, and biological traits. The means were compared using the Least Significant Difference (LSD) test at a significance level of 5%, and data analysis was conducted using SAS software (version 9.3).

Research findings
Results of this experiment indicated that the interaction effect of zinc application and drought stress was significant for all traits, except for the biological yield and grain yield. The biological and grain yield were influenced by main effects. According to the Mean comparison, the occurrence of drought stress led to a decrease in grain Fe, Zn and, P concentration, and the antioxidant enzymes activity, including superoxide dismutase, guaiacol peroxidase, catalase, and ascorbate peroxidase. Additionally, drought stress negatively impacted the leaf chlorophyll index and leaf area index. On other hand, with increasing stress intensity, the amount of hydrogen peroxide (197%), malondialdehyde (256%) and proline (129 %) increased. In contrast, the application of zinc with enhancing these traits, led to decrease in the production of hydrogen peroxide and malondialdehyde. Furthermore, the results indicated that drought stress reduced grain and biological yield, and applying 25 Kg of zinc led to improvements in the grain yield (62 %) and biological yield (44 %).

Conclusion
The findings of this study indicate that the assessment of biochemical and morphological characteristics revealed that drought stress, particularly at elevated intensities, adversely affected nutrient absorption from the soil. This resulted in a reduction in grain element concentrations, leaf area index, and leaf chlorophyll index, as well as a decline in the activity of antioxidant enzymes. Conversely, drought stress was associated with an increase in proline levels. The application of zinc, particularly at a rate of 25 kg/ha, was found to enhance physiological, morphological, and yield-related parameters by intensifying the aforementioned traits. Specifically, under moderate stress conditions, zinc application led to a decrease in hydrogen peroxide and malondialdehyde levels, while simultaneously increasing proline and the activity of antioxidant enzymes. Furthermore, it is noteworthy that foliar application of zinc proved to be more effective in elevating grain element concentrations compared to soil application.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antioxidant enzymes
  • Application at phenological stages
  • Chlorophyll
  • Hydrogenperoxid
  • Proline
  • Seed mineral concentration