اثرات تنش کم‌آبی در واکنش به زئولیت، ورمی‌کمپوست و کود نیتروژن بر تعدادی از صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی شنبلیله

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه زراعت دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشجوی دکترای رشته زراعت داشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس

3 عضو هیات علمی گروه زیست شناسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

4 عضو هیات علمی دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

سابقه و هدف: تنش کم‌آبی از مهمترین عوامل محدودکننده تولید محصولات کشاورزی در مناطق خشک و نیمه خشک به شمار می‌رود. علاوه بر تغییرات فیزیولوژیک ناشی از بروز تنش، خسارت فزاینده عوامل اکسنده نیز موجب محدودیت رشد و تولید می‌گردد. گیاهان در مقابله با تنش کم‌آبی به تجمع اسمولیت‌هایی مثل پرولین، گلایسین بتائین و قندهای محلول و افزایش ترکیبات آنتی‌اکسیدانتی ‌(آنزیمی مثل سوپر اکسید دسموتاز، کاتالاز و غیر آنزیمی مثل کارتنوئیدها و آنتوسیانین‌ها) می‌پردازند. به‌منظور بررسی اثرات تنش کم‌آبی، کود نیتروژن و زئولیت بر برخی صفات فیزیولوژیک، عملکرد بیولوژیک و تریگونلین شنبلیله (Trigonella foenum-graecum L.) این پژوهش انجام شد.
مواد و روش‌ها: آزمایشی به صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در سال‌های 1393 و 1394 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس اجرا گردید. تیمارهای آزمایشی شامل پنج رژیم آبیاری (بدون تنش در مرحله رویشی و زایشی با مقدار آب قابل استفاده گیاه در سطح 60‌% ظرفیت زراعی؛ تنش خفیف و آبیاری در سطح 40‌% ظرفیت زراعی به‌ترتیب در مراحل رویشی و زایشی؛ تنش شدید و آبیاری در سطح 20‌% ظرفیت زراعی به‌ترتیب در مراحل رویشی و زایشی) به عنوان عامل اصلی و ترکیب فاکتوریلی از سه تیمار کودی بر اساس نیتروژن مورد نیاز گیاه (شاهد، ورمی‌کمپوست به میزان 7/2 تن در هکتار و اوره به میزان 11 کیلوگرم در هکتار) و دو مقدار زئولیت (صفر و نه تن در هکتار) به عنوان عامل فرعی بودند. در این آزمایش صفات فیزیولوژیک گیاه شنبلیله اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که اثر رژیم آبیاری بر تمام صفات مورد مطالعه معنی‌دار گردید، و تنش کم‌آبی (40‌% و 20‌% ظرفیت زراعی) در هر دو سال باعث افزایش میزان تجمع پرولین، گلایسین بتائین، کربوهیدرات محلول، مالون دی آلدهید، آنزیم سوپر اکسیددسموتاز، کاتالاز، کارتنوئید، آنتوسیانین برگ و همچنین باعث کاهش سبزینگی برگ (اسپاد)، عملکرد بیولوژیک و تریگونلین دانه شنبلیله گردید. بالا رفتن فعالیت دو آنزیم سوپر اکسیددسموتاز، کاتالاز و کارتنوئید و آنتوسیانین به نوعی بیانگر فعال شدن هر دو سیستم آنزیمی و غیرآنزیمی آنتی‌اکسیدانتی در شنبلیله جهت مقابله با تولید رادیکال‌های آزاد اکسیژن در تنش کم‌آبی می‌باشد. همچنین افزایش میزان ترکیبات پرولین، گلایسین بتائین و کربوهیدرات محلول در برگ‌ها در جهت تنظیم اسمزی و ایجاد شرایط مناسب برای جذب آب از محیط خاک موثر می‌باشد. با افزایش شدت تنش (20‌% ظرفیت زراعی) از میزان کربوهیدرات محلول برگ، عملکرد بیولوژیک و تریگونلین کاسته‌شد. در هر دو سال به ترتیب بیشترین و کمترین مقدار عملکرد بیولوژیک و عملکرد تریگونلین در تیمار بدون تنش کم‌آبی با کود ورمی‌کمپوست و تیمار تنش شدید کم‌آبی (20‌% ظرفیت زراعی) در مرحله زایشی بدون مصرف کود به‌دست آمد. همچنین در هر دو سال از نظر عملکرد تریگونلین اختلاف آماری معنی‌داری بین تیمار تنش خفیف کم‌آبی در مرحله رویشی (40‌% ظرفیت زراعی) با تیمار شاهد (بدون تنش کم‌آبی) مشاهده نشد.
نتیجه‌گیری: هر چند با کاهش آب مصرفی از عملکرد بیولوژیک و تریگونلین گیاه شنبلیله کاسته شد، اما در سال 1394 با بکارگیری کود ورمی‌کمپوست به ترتیب 14 و 44 درصد از بروز اثرات سوء تنش کم‌آبی شدید در مرحله زایشی(20‌% ظرفیت زراعی) بر عملکرد بیولوژیک و تریگونلین تولیدی این گیاه کاست، به‌طوری‌که کمترین مقدار مالون دی‌آلدهید (به‌عنوان شاخص پراکسیداسیون غشا و آسیب به غشا) با ( 8 میکرو مول بر گرم) و بیشترین ظرفیت کل آنتی‌اکسیدانی با (6/4 میلی‌گرم)، عملکرد بیولوژیک و تریگونلین را تیمار شاهد (60‌% ظرفیت زراعی) تولید نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effects of deficit water stress in response to the zeolite, vermicompost and nitrogen fertilizer on number of physiological and biochemical traits of fenugreek

چکیده [English]

Background and objectives: Water deficit stress is first limitation that cause crops yield reduction in dried and semi-dried regions. In addition to the physiological changes that occurs due to water deficiency in plants, oxidative damage is also an important factor limiting plant growth and production. Plants adopt to cope with water deficit stress to accumulate osmolytes such as proline, glycine betaine and soluble sugar and increased antioxidant compounds (enzymatic such as superoxide dismutase, catalase and non-enzymatic such as carotenoids and anthocyanins against oxidative stress. This study was designed to investigate the effects of deficit stress, nitrogen fertilizer and zeolite on some physiological traits, biological and Trigonelline yield in fenugreek (Trigonella foenum-graecum L.).
Materials and methods: A split factorial experiment was laid out in a randomized complete block design with three replications in the research field of Tarbiat Modares University in 2014 and 2015. Five irrigation regimes (unstress at vegetative and reproductive stages, Irrigation at 60% FC; mild stress and irrigation at 40% FC during the vegetative and reproductive stages respectively; severe stress irrigation at 20% FC during the vegetative and reproductive stages respectively) were randomized to the main plots. Subplots were 6 treatments in number and consisted of a factorial combination of three nitrogen fertilization (untreated plots, vermicompost fertilizer at a rate of 2.7 ton ha-1 and nitrogen chemical fertilizer at a rate of 11 kg ha-1) and two zeolite rates, (0, 9 ton ha-1). Physiological traits of fenugreek were measured.
Results: The results showed that irrigation regime had a significant effect on all traits. And water deficit stress in both years resulted in increased levels of proline, glycine betaine, soluble carbohydrates, malondialdehyde, superoxide dismutase, catalase, carotenoids and anthocyanin and also reduces leaves greenness (SPAD), biological and grain trigonelline yield in fenugreek. Increase in the activity of two enzymes superoxide dismutase, catalase, and carotenoids and anthocyanin to sort of indicate activation of both enzymatic and non enzymatic antioxidant system to deal with oxygen free radical production in fenugreek under water deficit stress. It also increases the amount of compounds proline, glycine betaine and soluble carbohydrates in the leaves is effective in osmotic adjustment and create good conditions for absorbing water from the soil. With increasing severe stress decreased the amount of soluble carbohydrates, biological and grain trigonelline yield in fenugreek. The highest and lowest biological and trigoneline yield was obtained in full irrigation and vermicompost fertilizer treatment and severe water deficit stress in reproductive stage (20% FC) and no fertilizer treatment in both years. Also significant statistical difference was observed in trigoneline yield between mild water deficit stresses in vegetative stage treatment (40% FC) with control treatment (full irrigation) in both years.
Conclusion: Based on the results in this study, it can be concluded that although the reduction in water consumption was reduced biological and trigonelline yield in fenugreek, But by using vermicompost fertilizer to some extent reduce (14% and 46%) the adverse effects of sever water deficit stress in during reproduction on biological and trigonelline yield in this plant in 2015, respectively. So that produced the least malondialdehyde content (as a marker of lipid peroxidation and membrane damage) with (8 µmol g-1) and the highest total antioxidant capacity (4/6 mg protein), biological and grain trigonelline yield in control treatment (60% FC).

کلیدواژه‌ها [English]

  • trigonelline yield
  • Urea
  • Vermicompost
  • water deficit stress
  • Zeolite
  1. Abdalla, M.M. and El-Khoshiban, N.H. 2007. The influence of water stress on growth, relative water content, photosynthetic pigments, some metabolic and hormonal contents of two Triticium aestivum cultivars. J. Appl. Sci. Research. 3(12): 2062-2074.
  2. Aebi, H. 1984. Catalase in vitro. Methods in Enzymology. 105: 121-126.
  3. Afshar, R.K., Chaichi, M.R., Ansari Jovini, M., Jahanzad, E. and Hashemi, M. 2015. Accumulation of phenolic compounds in milk thistle seeds under droughtstress. Planta. 242 (3), 2265–2269.
  4. Agati, G., Mattini, P., Goti, A. and Tattini, M. 2007. Chloroplast- located flavonoids can scavenge singlet oxygen. New Phytol. 174: 77–89.
  5. Arancon, N.Q., Edwards, C.A., Bierman, P., Metzger, J.D. and Lucht, C. 2005. Effects of vermicomposts produced from cattle manure, food waste and paper waste on the growth and yield of peppers in the field. Pedobiol. 49: 297–306.
  6. Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphennoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol. 24(1): 1-150.
  7. Bates, L.S. Waldern, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil. 39: 205–207.
  8. Bhardwaj, J. and Yadav, S.K. 2012. Comparative study on biochemical parameters and antioxidant enzymes in drought tolerant and a sensitive variety of horsegram (Macrotyloma uniflorum) under drought stress. Amer. J. Plant Physiol. 7 (1): 17-29.
  9. Conming, L. and Zang, J. 2000.Photosynthetic CO2 assimilation chlorophyll fluorescence and photoihibiton as affected by nitrogen deficiency in maize plants. J. Plant. Sci. 151: 135-143.
10. Dadrasan, M., Chaichi, M.R., Pourbabaee, A.A., Yazdani, D. and Keshavarz-Afshar, R. 2015. Deficit irrigation and biological fertilizer influence on yield andtrigonelline production of Fenugreek. Ind. Crop. Prod. 77: 156–162.

11. Facchini, P.J. 2001. Alkaloid biosynthesis in plants: biochemistry, cell biology, molecular regulation, and metabolic engineering applications. Ann. Revue Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 52: 29 – 66.

12. Farnia, A. and Hadadi, A. 2015. Effect of Mycorrhiza and P soluble bacteria on yield and its components of Maize (Zea mayes L.) under water stress condition. Inter. J. Biol. Pharmacy Allid Sci. 4(10): 661-674.

13. Hassanzadeh, E., Chaichi, M.R., Mazaheri, D., Rezazadeh, S. and Badi, H.A.N. 2011. Physical and chemical variabilities among domestic Iranian fenugreek (Trigonella foenum-graceum) seeds. Asian J. Plant. Sci. 10(6): 323–330.

14. Hazrati, S., Tahmasebi-Sarvestani, Z., Modarres-Sanavy, S.A.M., Mokhtassi-Bidgoli, A. and Nicola, S. 2016. Effects of water stress and light intensity on chlorophyll fluorescence parameters and pigments of Aloe vera L. Plant Physiol. Biochem. 106: 141-148.

15. Inze, D. and Montagu, M.V. 2000. Oxidative stress in plants. TJ Inter. Ltd, Padstow, Cornawall. Great Britain. 321 pp.

16. Irrigoyen, J.H., Emerich, D.W. and Sanchez Diaz, M. 1992. Water stress induced changes in concentration of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa (Medicago sative) plants. Physiol. Plantarum. 84: 55-66.

17. Kameli, A. and Losel, D.M. 1993. Carbohydrates and water status in wheat plants under water stress.

18. Karimi, S., Nasri, M. and Ghoshchi, F. 2013. Investigation of drought stress on agro-physiological indices of sunflower (Helianthus annuus L.) with Zeolite application tested in the region of Varamin. Inter. J. Agric. Sci. 3(12): 894-903.

19. Khadempir, M., Galeshi, S., Soltani, A. and Ghaderifar, A. 2014. Investigated of soybean leaves antioxidant activity, chlorophyll fluorescence, chlorophyll (a, b) and carotenoids content influenced by the flooding and different levels of nutrition. Elec. J. Crop Prod. 8(2). 1-30. (In Persian).

20. Krizek, D.T., Kramer, G.F., Upadhyaya A. and Mirecki R.M. 1993. UV-B Response of cucumber seedling grown under metal halid and high pressure sodium.deluxe lamps. Physiol. Plant. 88: 350-358.

21. Lotfi, M., Abbaszadeh, B. and Mirza, M. 2014. The effect of drought stress on morphology, proline content and soluble carbohydrates of tarragon (Artemisia dracunculus L.). Iranian J. Med. Arom. Plants. 30(1): 19-29. (In Persian).

22. Manivannan, P., Abdul Jaleel, C., Sankar, B., Kishorekumar, A., Somasundaram, R., Lakshmanan, G.M.A. and Panneerselvam, R. 2007. Growth, biochemical modifications and proline metabolism in Helianthus annuus L. as induced by drought stress. Coll. Surf. B: Biointerfaces 59: 141–149.

23. Masoumi, H., Masoumi, M., Darvish, F., Daneshian, J., Nourmohammadi, G. H. and Habibi, D. 2010. Change in several antioxidant enzymes activity and seed yield by water deficit stress in soybean (Glycine max L.) cultivars. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. 38: 50-59.

24. Mehrafarin, A., Rezazadeh, Sh., Naghdi Badi, H., Noormohammadi, G.H, Zand, E. and Qaderi, A.2011.A review on biology, cultivation and biotechnology of Fenugreek(Trigonella foenum-graecum L.) as a valuable medicinal plant and multipurpose. Journal of Med. Plant. 10(37): 6-24.

25. Minami, M. and Yoshikawa, H. 1979. A simplified assay method of superoxide dismutase activity for clinical use. Clin. Chim. Acta. 92: 337–342.

26. Munns, R. 1993. Physiological process limiting plant growth in saline soil: some dogmas and hypotheses. Plant Cell Environ. 16: 15-24.

27. Nonami, H., Wu, Y. and Matthewse, M.A. 1997. Decreased growth-induced water potential a primary cause of growth inhibition at low water potentials. Plant Physiology. 114: 501-509.

28. Ohkawa, H. Ohishi, N. and Yagi, Y. 1979. Assay of lipid peroxides in tissues by thiobarbituric acid reaction. Annual. Biochem. 95: 51-358.

29. Shimizu, M.M. and Mazzafera, P.A. 2000. Role for trigonelline during imbibition and germination of coffee seeds. Plant Biol. 605: 2-11.

30. Ramanjulu,S. 2010.Plant Stress Tolerance. Method. Protocols. Springer. 22: 341-370.

31. Ranjbar Fordoei, A. and Dehghani Bidgholi, B.R. 2016. Impact of salinity stress on photochemical efficiency of photosystem II, chlorophyll content and nutrient elements of Nitere Bush (Nitraria schoberi L.) plants. J. Range Sci. 6(1): 3-9.

32. Re, R., Pellegrini, N., Proteggente, A., Pannala, A., Yango, M. and Rice-Evan, C. 1999. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radical. Biol. Med. 26: 1231-1237.

33. Tale-Ahmad, S. and Haddad, R. 2011.Study of silicon effects on antioxidant enzyme activities and osmotic adjustment of wheat under drought stress. Czech J. Gen. Plant Breed. 47: 17-27.

34. Xiao, X., Xu, X. and Yang, F. 2008. Adaptive responses to progressive drought stress in two Populus cathayana populations. Silva Fennica. 42: 705–719.

35. Xu, X., Yang, F., Xiao, X., Zhang, S., Korpelainen, H. and Li, C. 2008. Sex-specific responses of Populus cathayana to drought and elevated temperatures. Plant. Cell Environ. 31: 850–860.