تجزیه و تحلیل برخی صفات زراعی ذرت تحت تیمار نانوسیلیکون در شرایط خاک شور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه ژنتیک و تولید گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولیعصر رفسنجان، رفسنجان، ایران

چکیده

مقدمه: شوری یک تهدید مهم برای امنیت غذایی به‌ویژه در نواحی خشک و نیمه‌خشک محسوب می‌شود. شوری خاک عمدتاً در اثر بارش کم، مصرف بیش از حد کودهای شیمیایی، آبیاری با آب‌های شور زیرزمینی، فاضلاب‌های صنعتی و جنگل‌زدایی اتفاق می‌افت. کشاورزی در خاک‌های شور، به‌علت اثرات چندگانه شوری بر خاک و گیاه، همواره به‌عنوان یک چالش مهم بوده است. سیلیکون (Si)، دومین عنصر معدنی فراوان در پوسته زمین، در اثر بهبود سازوکارهای سازگار کننده در برابر تنش‌های زیستی و غیرزیستی، اثرات شوری را کاهش می‌دهد. اخیراً، نانوذرات مواد معدنی مختلف با اندازه یک تا ۱۰۰ نانومتر به‌طور گسترده‌ای در کشاورزی پایدار استفاده شده است. کاهش‌دهنده‌های تنش مانند نانوسیلیکون، به‌منظور افزایش رشد و عملکرد گیاه و همچنین افزایش مقاومت به تنش‌های غیرزیستی استفاده می‌شوند. ذرت یک‌سوم تولید جهانی را به‌خود اختصاص داده است و به‌عنوان منبع اصلی تغذیه انسان و دام می‌باشد. این گیاه حساسیت بیش‌تری به تنش شوری در مقایسه با سایر تنش‌های غیرزیستی دارد. تحقیق حاضر با هدف بررسی اثر کاربرد نانوسیلیکون بر صفات زراعی و مورفولوژیک رقم‌های مختلف ذرت، تعیین صفات مؤثر بر عملکرد دانه و گزینش رقم‌های پرمحصول برای کشت در خاک‌های شور انجام شد.

مواد و روش‌ها: آزمایش به‌صورت کرت‌های خرد شده بر پایه طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در شهرستان ابرکوه در استان یزد اجرا شد. نانوسیلیکون در دو سطح شامل عدم کاربرد نانوسیلیکون (شاهد) و کاربرد نانوسیلیکون (50 میلی‌گرم در لیتر معادل 165 میلی‌لیتر محلول حاوی نانوسیلیکون) به‌عنوان فاکتور اصلی و رقم ذرت در هشت سطح شامل KSC670، KSC647، KSC500، KSC705، KSC400، KSC704، KSC604 و KSC700 به‌عنوان فاکتور فرعی آزمایش در نظر گرفته شدند. نانوسیلیکون به‌صورت محلول‌پاشی روی برگ‌ها در دو نوبت در مراحل هشت تا ده برگی و ظهور ابریشم استفاده شد. هر واحد آزمایشی شامل پنج ردیف به‌طول پنج متر بود و فاصله بین ردیف‌های کاشت 75 سانتی‌متر و فاصله بین بوته‌ها روی ردیف‌ها 20 سانتی‌متر در نظر گرفته شد. صفات مورد مطالعه شامل تعداد ردیف در بلال، تعداد دانه در ردیف، تعداد دانه در بلال، طول و قطر بلال، ارتفاع بوته، وزن هزار دانه و عملکرد دانه بودند.

یافته‌های تحقیق: نتایج نشان داد که اثر نانوسیلیکون و رقم بر تمامی صفات مورد مطالعه معنی‌دار بود، در حالی‌که برهمکنش نانوسیلیکون × رقم بر صفات طول بلال، ارتفاع بوته و وزن هزار دانه معنی‌دار شد. با کاربرد نانوسیلیکون تمامی صفات مورد مطالعه افزایش یافتند. بر اساس نتایج مقایسه میانگین‌ها، دو رقم KSC704 و KSC705 دارای بیش‌ترین مقدار عملکرد و اجزای عملکرد دانه در هر دو تیمار کاربرد و عدم کاربرد نانوسیلیکون بودند. بررسی همبستگی بین صفات نشان داد که عملکرد دانه در هر دو تیمار عدم کاربرد و کاربرد نانوسیلیکون همبستگی مثبت و معنی‌داری با صفات تعداد ردیف در بلال، تعداد دانه در ردیف، تعداد دانه در بلال و طول و قطر بلال داشت. بر اساس نتایج تجزیه رگرسیون گام به گام، در تیمار عدم کاربرد نانوسیلیکون، تعداد ردیف در بلال و در تیمار کاربرد نانوسیلیکون، تعداد ردیف در بلال و وزن هزار دانه دارای اثر معنی‌دار بر عملکرد دانه بودند. نتایج تجزیه علیت نیز نشان داد که تعداد ردیف در بلال، مهم‌ترین صفت مؤثر بر عملکرد دانه رقم‌های مورد مطالعه ذرت در هر دو شرایط عدم کاربرد و کاربرد نانوسیلیکون بود. بر اساس نتایج تجزیه خوشه‌ای، رقم‌های مورد مطالعه در هر دو تیمار عدم کاربرد و کاربرد نانوسیلیکون در سه گروه دسته‌بندی شدند.

نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که برای دستیابی به عملکرد بالا در هر دو تیمار عدم کاربرد و کاربرد نانوسیلیکون می‌توان از صفت تعداد ردیف دانه در بلال استفاده کرد. بر اساس نتایج تجزیه خوشه‌ای، سه رقم KSC705، KSC704 و KSC700 از نظر بیش‌تر صفات مورد مطالعه در هر دو تیمار آزمایشی برتر از سایر رقم‌ها بودند و بنابراین به‌منظور دستیابی به عملکرد بالاتر در خاک شور در هر دو شرایط عدم کاربرد و کاربرد نانوسیلیکون توصیه می‌شوند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Analysis of some agronomic traits of maize under nanosilicon treatment in saline soil conditions

نویسندگان [English]

  • Masoud Golestani 1
  • Seyyed Rasoul Sahhafi 2
1 Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University (PNU), Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran
چکیده [English]

Introduction
Salinity is a major threat to food security, specially in arid and semi-arid regions. Soil salinity is mainly caused by the low rainfall, excessive application of chemical fertilizers, irrigation with saline groundwater, industrial wastewater and deforestation. Agriculture in saline soils has always been a major challenge due to the multiple effects of salinity on soil and plants. Silicon (Si), the second most abundant mineral element in the earth’s crust, mitigates the effects of salinity by improving the plant’s adaptive mechanism against biotic and abiotic stresses. Recently, nanoparticles of different minerals ranging from 1 to 100 nm have been extensively used in sustainable agriculture. Stress modulators such as nanosilicon are used to enhance plant growth and grain yield as well as increase resistance to abiotic stresses. Maize (Zea mays L.) contributes one-third of grain production worldwide and is the main source of nutrition for humans and livestock. Moreover, maize is more sensitive to salinity stress compared to other abiotic stresses. The objectives of the present study were to evaluate the effects of nanosilicon application on agronomic and morphological traits of different maize cultivars, determine effective traits on grain yield and select high-yielding cultivars for cultivation in saline soils.

Materials and methods
This experiment was carried out in split plot based on a randomized complete blocks design with three replications in Abarkouh county, Yazd province, Iran. Nanosilicon at two levels including no application of nanosilicon (control) and application of nanosilicon (50 mg/l equivalent to 165 ml of nanosilicon solution) was considered as the main factor and corn cultivars at eight levels including KSC670, KSC647, KSC500, KSC705, KSC400, KSC704, KSC604 and KSC700 as sub-factor. Nanosilicon was applies as foliar spray on the leaves at two growth stages, 8-10 leaves and silk emergence. Each experimental unit consisted of five rows with a length of 5 m, with a spacing of 75 cm between rows and 20 cm between plants on the rows. The studied traits included the number of rows per ear, number of grains per row, number of grains per ear, ear length and diameter, plant height, 1000-grain weight and grain yield.

Research findings
The results revealed that the effect of nonosilicon and cultivar on all studied traits were significant, while the interaction of nanosilicon × cultivar was only significant on ear length, plant height and 1000-grain weight. All studied traits increased with the application of nanosilicon. According to the results of the comparison of mean, KSC704 and KSC705 cultivars had the highest grain yield and yield components under both treatments of no-application and application of nanosilicon. Correlation analysis between traits showed that grain yield in both treatments of no-application and application of nanosilicon had a positive and significant correlation with the number of rows per ear, number of grains per row, number of grains per ear, and ear length and diameter. Based on the results of stepwise regression analysis, the number of rows per ear in no-application of nanosilicon treatment (control), and the number of rows per ear and 1000-grain weight in nanosilicon application treatment had a significant effect on grain yield. The result of path analysis showed that the number of rows per ear was the most important trait affecting grain yield of the studied maize cultivars under both no-application and application of nanosilicon conditions. Based on the results of cluster analysis, the studied cultivars under both no-application and application of nanosilicon conditions were classified into three groups.

Conclusion
The results of this study showed that the number of rows per ear can be used to achieve high yield in maize in both no-application and application of nanosilicon treatments. According to the results of cluster analysis, three cultivars KSC 700, KSC704 and KSC705 were superior to other cultivars for most of the studied traits under both treatments, and can be recommended for achieving higher grain yield in saline soil under both no-application and application of nanosilicon conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Grain yield
  • Path analysis
  • Stepwise regression

مراجع

Ahire, M. L., Mundada, P. S., Nikam, T. D., Bapat, V. A., & Penna, S. (2021). Multifaceted roles of silicon in mitigating environmental stresses in plants. Plant Physiology and Biochemistry, 169, 291-310. doi: 10.1016/j.plaphy.2021.11.010.##Ahmadi Nouraldinvand, F., Seyedsharifi, R., Siadat, S., & 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 Crops Research, 19(1), 91-105. [In Persian]. doi: 10.22067/JCESC.2021.67258.0.##Akbari, F., Mousavi, S. G., & Seghatol Eslami, M. J. (2017). The effect of nano and conventional zinc and silica fertilizers spraying on yield and yield components of maize. Journal of Crop Production Research, 9(2), 153-167. [In Persian].##Amiri, A., Bagheri, A., khaje, M., Najafabadi Pour, F., & Yadollahi, P. (2014). Eeffect of silicon foliar application on yield and antioxidant enzymes activity of safflower under limited irrigation conditions. Journal of Crop Production Research, 5(4), 361-373. [In Persian].##Arzangh, S., Darvishzadeh, R., & Alipour, H. (2021). Evaluation of genetic diversity of maize lines (Zea mays L.) under normal and salinity stress conditions. Cereal Research, 11(3), 243-268. [In Persian]. doi: 10.22124/CR.2022.21075.1699.##Deshmukh, R. K., Ma, J. F., & Bélanger, R. R. (2017). Role of silicon in plants. Frontiers in Plant Science, 8, 1858. doi: 10.3389/fpls.2017.01858.##Emadi, M. (2011). Effect of foliar application of polyamines and some essential nutrients on qualitative and quantitative characteristics of different varieties of wheat (Triticum aestivum L.) in Ahvaz. M. Sc. Dissertation, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran. [In Persian].##Ghobadi, R., Ghobadi, M., Jalali Honarmand, S., Farhadi, B., & Mondani, F. (2019). Study the correlation and path analysis of yield and its related traits of maize under different water and nitrogen conditions. Iranian Journal of Field Crops Research, 17(2), 275-289. [In Persian]. doi: 10.22067/gsc.v17i2.71772.##Guntzer, F., Keller, C., & Meunier, J. D. (2012). Benefits of plant silicon for crops: A review. Agronomy for Sustainable Development, 32(1), 201-213. doi: 10.1007/s13593-011-0039-8.##Gupta, B., & Huang, B. (2014). Review article mechanism of salinity tolerance in plants: Physiological, biochemical, and molecular characterization. International Journal of Genomics, 2014, 701596. doi: 10.1155/2014/701596.##Hodson, M. J., & Evans, D. E. (1995). Aluminium/silicon interactions in higher plants. Journal of Experimental Botany, 46(2), 161-171. doi: 10.1093/jxb/46.2.161.##Khalili, M., Naghavi, M. R., Pour Aboughadareh, A., & Naseri Rad, H. (2013). Effects of drought stress on yield and yield components in maize cultivars (Zea mays L.). International Journal of Agronomy & Plant Production, 4(4), 809-812.##Khodarahmpour, Z. (2010). Study of correlation and causal relations quantitative traits in maize (Zea mays L.) in normal and heat stress conditions. Journal of Crop Breeding, 2(6), 1-15. [In Persian]. dor: 20.1001.1.22286128.1389.2.6.1.8.##Khodarahmpour, Z., Choukan, R., & Hosseinpour, B. (2012). Multivariate analysis some quantitative traits in maize inbred lines under heat stress condition. Crop Production, 4(2), 31-50. [In Persian]. dor: 20.1001.1.2008739.1390.4.2.3.7.##Kumaraswamy, R. V., Saharan, V., Kumari, S., Choudhary, R. C., Pal, A., Sharma, S. S., Rakshit, S., Raliya, R., & Biswas, P. (2021). Chitosan-silicon nanofertilizer to enhance plant growth and yield in maize (Zea mays L.). Plant Physiology & Biochemistry, 159, 53-66. doi: 10.1016/j.plaphy.2020.11.054.##Manivannan, A., & Ahn, Y. K. (2017). Silicon regulates potential genes involved in major physiological processes in plants to combat stress. Frontiers in Plant Science, 8, 1346. doi: 10.3389/fpls.2017.01346.##Mohammadzadeh, Z., Seyed Sharifi, R., & Farzaneh, S. (2023).  Effects of nanoparticles (zinc and silicon) and plant growth promoting rhizobacteria on yield, photosynthetic pigments and grain filling components of Triticale under salinity stress. Iranian Journal of Field Crops Research, 21(3), 347-361. [In Persian]. doi: 10.22067/jcesc.2023.81343.1231.##Moharramnejad, S., Shiri, M. R., & Parchami-Araghi, F. (2022). Evaluation of stability of FAO 600 corn hybrids by grain yield and its components. Journal of Agricultural Science & Sustainable Production, 32(2), 299-312. [In Persian]. doi: 10.22034/saps.2022.49312.2786.##Nasrollahzade Asl, V., Moharramnejad, S., Yusefi, M., Bandehhagh, A., & Ibrahimi, L. (2017). Evaluation of grain yield of maize (Zea mays L.) hybrides under water limitation. Journal of Agricultural Science & Sustainable Production, 27(2), 85-96. [In Persian].##Okeke, E. S., Nweze, E. J., Ezike, T. C., Nwuche, C. O., Ezeorba, T. P. C., & Nwankwo, C. E. I. (2023). Silicon-based nanoparticles for mitigating the effect of potentially toxic elements and plant stress in agro ecosystems: A sustainable pathway towards food security. Science of the Total Environment, 898, 165446. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.165446.##Peng, B., Li, Y., Wang, Y., Liu, C., Liu, Z., Tan, W., Zhang, Y., Wang, D., Shi, Y., Sun, B., Song, Y., Wang, T., & Li. Y. (2011). QTL analysis for yield components and kernel-related traits in maize across multi-environments. Theoretical & Applied Genetics, 122, 1305-1320. doi: 10.1007/s00122-011-1532-9.##Rafiq, C. M., Rafique, M., Hussain, A., & Altaf, M. M. (2010). Studies on the heritability, correlation and path analysis in maize (Zea mays L.). Journal of Agricultural Research, 48(1), 35-38.##Raj, H., & Thakral, K. K. (2008). Effect of chemical fertilizers on growth, yield and quality of fennel (Foeniculum vulgare Miller). Journal of Spices & Aromatic Crops, 17(2), 134-139.##Roychoudhury, A. (2020). Silicon-nanoparticles in crop improvement and agriculture. International Journal on Recent Advancement in Biotechnology & Nanotechnology, 3(1), 54-65.##Sabaghnia, N., & Janmohammadi, M. (2024). Carthamus tinctorius L. response to nano-silicon foliar treatment under organic and inorganic fertilizer application. Acta Agriculturae Slovenica, 120(4), 1-9. doi: 10.14720/aas.2024.120.4.18624.##Sadeghi, F., & Rotbeh, J. (2016). Evaluation of grain yield and yield components using descriptive and multivariate statistics. Journal of Crop Breeding, 8(18), 212-221. [In Persian]. doi: 10.29252/jcb.8.18.212.##Sahebi, M., Hanafi, M. M., Nor Akmar, A. S., Rafii, M. Y., Azizi, P., Tengoua, F. F., Azwa, J. N. M., & Shabanimofrad, M. (2015). Importance of silicon and mechanisms of biosilica formation in plants. BioMed Research International, 2015, 396010. doi: 10.1155/2015/396010.##Seleiman, M. F., Aslam, M. T., Alhammad, B. A., Hassan, M. U., Maqbool, R., Chattha, M. U., Khan, I., Gitari, O. S., Uslu, R., Roy, T., & Battaglia, M. L. (2021). Salinity stress in wheat: Effects, mechanisms and management strategies. Phyton-International Journal of Experimental Botany, 91(4), 667-694. doi: 10.32604/phyton.2022.017365.##Soleimanifard, A., Naseri, R., Emami, T., Mirzaei, A., Koshkhabar, H., & Soleimani, R. (2011). The effects of irrigation regimes and the planting patterns on yield and yield components of maize (SC 704). American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Science, 10(2), 278-282.##Tardieu, F. (2012). Any trait or trait-related allele can confer drought tolerance: Just design the right drought scenario. Journal of Experimental Botany, 63(1), 25-31. doi: 10.1093/jxb/err269.##Torabi, S. K., Alahdadi, I., Akbari, G. A., Ghorbani Javid, M., & Fotovat, R. (2023). Effects of foliar application of salicylic acid and nanosilicon on the yield and physiological traits of maize (Zea mays) in heavy metal contaminated fields. Iranian Journal of Field Crop Science, 54(1), 151-168. [In Persian]. doi: 10.22059/ijfcs.2022.346622.654931.##Xie, Zh., Song, R., Shao, H., Song, F., Xu, H., & Lu, Y. (2015). Silicon improves maize photosynthesis in saline-alkaline soils. The Scientific World Journal, 2015, 245072. doi: 10.1155/2015/245072.##Xu, R., Huang, J., Guo, H., Wang, C., & Zhan, H. (2023). Functions of silicon and phytolith in higher plants. Plant Signaling & Behavior, 18(1), e2198848. doi: 10.1080/15592324.2023.2198848.##Zarabi, M., Alahdadi, I., Akbari, G. A., Irannejad, H., & Akbari, G. A. (2011). Studying correlation and regression equations between traits of grain corn under different fertilizer combinations and drought stress condition. Journal of Agroecology, 3(1), 50-64. [In Persian]. doi: 10.22067/jag.v3i1.9970.##Zare, H., Ghanbarzadeh, Z., Behdad, A., & Mohsenzadeh, S. (2015). Effect of silicon and nanosilicon on reduction of damage caused by salt stress in maize (Zea mays) seedlings. Journal of Plant Biological Sciences, 7(26), 59-74. [In Persian]. dor: 20.1001.1.20088264.1394.7.26.6.8.##Zarooshan, M., Abdilzade, A., Sadeghipour, H.R., & Mehrabanjoubani, P. (2020). Comparison of the effect of silicon and nano-silicon on some biochemical and photosynthetic traits of Zea mays L. under salinity stress. Journal of Plant Environmental Physiology, 15(57), 23-38. [In Persian]. dor: 20.1001.1.76712423.1399.15.57.3.6.##Zhang, Q., Yan, C., Liu, J., Lu, H., Duan, H., Du, J., & Wang, W. (2014). Silicon alleviation of cadmium toxicity in mangrove (Avicennia marina) in relation to cadmium compartmentation. Journal of Plant Growth Regulation, 33(2), 233-242. doi: 10.1007/s00344-013-9366-0.
تحقیقات غلات
دوره 15، شماره 1 - شماره پیاپی 54
اردیبهشت 1404
صفحه 49-63

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار