نقش عناصر ریزمغذی آهن و روی و محلول‎پاشی اسید سالیسیلیک در بهبود تحمل ذرت (Zea mays L.) به خشکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 - دانشیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی، مجتمع آموزش عالی گناباد - دانشیار مأمور آموزشی گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی،

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، پژوهشکده گیاهان و مواد اولیه دارویی، دانشگاه شهید بهشتی تهران

3 دانشجوی دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

10.22124/cr.2025.29619.1851

چکیده

مقدمه: ذرت یکی از غلات حیاتی در جهان است که به‌عنوان یک منبع غذایی و درآمدی مهم به‌شمار می‌آید، به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه. این گیاه در صنایع مختلفی از جمله تولید سوخت زیستی (اتانول) کاربرد دارد. تنش خشکی به‌عنوان مهم‌ترین عامل محدودکننده عملکرد محصول، رشد و بهره‌وری ذرت را به‌شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. راه‌حل‌های پایدار و سازگار با محیط‌زیست، نظیر کاربرد ریزمغذی‌ها و تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی، می‌توانند به بهبود تحمل گیاه به خشکی کمک کنند. ریزمغذی‌های ضروری مانند روی و آهن نقش‌های حیاتی در فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیک گیاه ایفا می‌کنند؛ روی در سنتز کلروفیل و متابولیسم کربوهیدرات‌ها و آهن در فرآیندهای تثبیت نیتروژن و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان دخیل است. علاوه بر این، اسید سالیسیلیک به‌عنوان یک تنظیم‌کننده رشد گیاهی، مقاومت به تنش خشکی را افزایش می‌دهد. با توجه به شرایط اقلیمی خشک و نیمه‌خشک ایران و کمبود منابع آبی، بررسی راهکارهای نوآورانه برای بهبود عملکرد ذرت در این شرایط ضروری است. هدف از این پژوهش، بررسی اثرات کاربرد توأم ریزمغذی‌های آهن و روی همراه با اسید سالیسیلیک بر ویژگی‌های رشد و عملکرد ذرت تحت شرایط خشکی است.

مواد و روش‌‎ها: آزمایش به‌صورت کرت‌های خرد‌شده -فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک‌‎های کامل تصادفی با سه تکرار طی سال زراعی 1400-1399 در مجتمع آموزش عالی گناباد با تأکید بر خاک‎ورزی حداقل انجام شد. عامل اصلی شامل دو سطح خشکی (بدون خشکی و تنش خشکی در مرحله پر شدن دانه) و عوامل فرعی به‌صورت فاکتوریل شامل ریزمغذی‌ها (آهن، روی و شاهد) و محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک (با و بدون محلول‌پاشی) بودند. از روش خاک‌ورزی حداقل برای آماده‌سازی زمین استفاده شد. داده‌ها با استفاده از نرم‌افزارهای SAS Ver 9.4 و Excel Ver 14 تجزیه و تحلیل شدند و مقایسه میانگین‌ها با استفاده از آزمون چند دامنه‌ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.

یافته‌های تحقیق: نتایج نشان داد که تنش خشکی به‌‎طور معنی‌داری تمام صفات مورد بررسی را کاهش داد. با این حال، محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک و ریزمغذی‌های آهن و روی، اثرات منفی خشکی را به‌طور مؤثری کاهش دادند. کاربرد توأم اسید سالیسیلیک با آهن و روی، به‌ویژه در شرایط خشکی، موجب بهبود قابل‌توجهی در صفاتی نظیر تعداد دانه در بوته، وزن هزار دانه، عملکرد دانه و شاخص برداشت شد. بیش‌ترین افزایش عملکرد دانه در شرایط خشکی، مربوط به تیمار کاربرد توأم اسید سالیسیلیک با آهن (94.36 درصد) و روی (87.35 درصد) بود. همچنین، شاخص برداشت در این تیمارها به‌ترتیب 77.42 و 99.42 درصد بهبود یافت. جالب توجه اینکه، کاربرد روی نسبت به آهن، اثرات مطلوب‌تری بر قطر بلال، عملکرد دانه و شاخص برداشت داشت. تحلیل برهمکنش فاکتورها نشان داد که کاربرد اسید سالیسیلیک در شرایط خشکی، منجر به بهبود 16 تا 37 درصدی در صفات کلیدی از جمله ارتفاع بوته و وزن هزار دانه شد. همچنین، ترکیب اسید سالیسیلیک با ریزمغذی‌ها به‌طور هم‌افزا تأثیرات مثبت هر یک از آن‌ها را تقویت کرد.

نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش تأیید کرد که محلول‌پاشی اسید سالیسیلیک و ریزمغذی‌های آهن و روی می‌توانند راه‌کارهای مؤثری برای کاهش اثرات منفی تنش خشکی بر ذرت باشند. کاربرد ترکیبی این مواد، عملکرد و ویژگی‌های فیزیولوژیک گیاه را به‌طور معنی‌داری بهبود بخشید. اگرچه هر یک از ریزمغذی‌ها (آهن و روی) همراه با اسید سالیسیلیک به نتایج مثبتی منجر شدند، اما بررسی اثرات هم‌افزایی کاربرد توأم هر دو ریزمغذی همراه با اسید سالیسیلیک در مطالعات آتی می‌تواند مسیرهای متابولیک مقاومت به خشکی را بهتر روشن کند و راه‌کارهای بهینه‌تری برای افزایش بهره‌وری ذرت در مناطق خشک و نیمه‌خشک ارائه دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Role of micronutrients of Fe and Zn and foliar application of salicylic acid in improving maize (Zea mays L.) tolerance to drought stress

نویسندگان [English]

  • Mohammade Behzad Amiri 1
  • Mohammad Sepehri Bimorghi 2
  • Atefeh Mirzaeian 3
1 1- Associate professor, Department of Plant Production, Faculty of Agriculture, University of Gonabad, Iran. 2- Associate Professor, Department of Agrotechnology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
2 Graduated Student of Medicinal Plants and Drugs Research Institute, Beheshti University of Tehran, Iran
3 Ph.D. Student, Department of Agrotechnology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Introduction
Maize (Zea mays L.) is a vital global crop, serving as a significant food source and primary income for farmers, particularly in developing countries. It is also a key raw material for various industries, including biofuel (ethanol) production. Environmental stresses, especially drought, are the primary limiting factors for maize yield, severely impacting its growth and productivity. Sustainable and eco-friendly solutions, such as the application of micronutrients and plant growth regulators, can effectively enhance a plant's drought tolerance. Essential micronutrients like zinc (Zn) and iron (Fe) play crucial roles in plant physiological and biochemical processes; zinc is involved in chlorophyll synthesis and carbohydrate metabolism, while iron is vital for nitrogen fixation and antioxidant enzyme activity. Additionally, salicylic acid (SA), a plant growth regulator, is known to improve drought resistance. Given the arid and semi-arid climate of Iran and the scarcity of water resources, it is essential to investigate innovative strategies to improve maize performance under these conditions. This study aims to evaluate the effects of the combined application of iron and zinc micronutrients with salicylic acid on the growth and yield characteristics of maize under drought conditions.

Materials and methods
To investigate the effects of iron (Fe), zinc (Zn), and salicylic acid (SA) on alleviating drought stress in maize, we conducted a factorial split-plot experiment using a randomized complete block design with three replications at the University of Gonabad during the 2019-2020 growing season, employing minimum tillage practices. The experimental design comprised two irrigation regimes: Non-drought (control) and drought during seed filling stage (drought stress) in main plots and factorial combinations of micronutrient treatments (Fe, Zn, and control-no micronutrient application) and SA application (foliar spray vs. no spray) in sub plots. Minimum tillage was employed for land preparation. The data were analyzed using SAS (version 9.4) and Excel (version 14) software. Mean comparisons were performed using Duncan's multiple range test at a 5% probability level.

Research findings
The results demonstrated that the simultaneous foliar application of salicylic acid (SA) with Fe and Zn significantly improved most of the studied traits under drought stress. Specifically, the combined application of SA and micronutrients (Fe and Zn) led to a significant increase in the number of seeds per plant compared to treatments lacking foliar application. The highest thousand-seed weight (426.40 g) was observed in the non-drought treatment combined with the simultaneous foliar application of SA and Zn. In stark contrast, the lowest value for this trait (132.87 g) was recorded in the drought-stressed control group, which did not receive any foliar treatment. Furthermore, under drought stress conditions during the seed-filling stage, the foliar application of iron and zinc combined with salicylic acid substantially enhanced crop productivity. Compared to the control, this treatment increased grain yield by 94.36% (for Fe+SA) and 87.35% (for Zn+SA) and raised the harvest index by 77.42% (for Fe+SA) and 99.42% (for Zn+SA), respectively.

Conclusion
This research confirms that the foliar application of salicylic acid, iron, and zinc are effective strategies for alleviating the adverse effects of drought stress on maize. The combined application of these substances significantly improved the plant's yield and physiological characteristics. While each micronutrient (iron or zinc) combined with salicylic acid yielded positive results, future studies should explore the synergistic effects of a combined application of both iron and zinc with salicylic acid. Such research could further elucidate the metabolic pathways of drought resistance, such as antioxidant enzyme activity and phytohormone synthesis, to develop optimized solutions for increasing maize productivity in arid and semi-arid regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cut of irrigation
  • Harvest index
  • Hormone-like
  • Micronutrients
  • Organic acid