اثر پرایمینگ بر ویژگی‌های فیزیولوژیک و عملکرد ارقام مختلف کنجد تحت تنش خشکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی کشاورزی- فیزیولوژی زراعی، واحد ارسنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، ارسنجان، ایران

2 نویسنده مسئول، واحد ارسنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، ارسنجان، ایران

3 واحد ارسنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، ارسنجان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: کنجد از جمله مهمترین دانه‌های روغنی می‌باشد که حاوی منابع غنی از روغن، پروتئین، فسفر و کلسیم است. تنش کم آبی از جمله بارزترین عومل محیطی کاهش رشد و عملکرد کنجد در مناطق خشک و نیمه خشک به شمار می‌رود.. با توجه به اهمیت بالای اقتصادی کنجد از یک طرف، ارزانی و کارایی بالای پیش‌تیمار در تعدیل اثرات مخرب تنش خشکی از طرف دیگر، پژوهش در این زمینه اهمیت خاصی دارد. مطالعه حاضر با هدف ارزیابی تنش خشکی و روش‌های مختلف پیش‌تیمار بذر بر عملکرد، اجزای عملکرد و ویژگی‌های فیزیولوژیک سه رقم مختلف کنجد انجام گرفت.
مواد و روش‌ها: آزمایش به مدت دو سال و به صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با ۳ تکرار در مزرعه مرکز تحقیقات استان بوشهر، انجام شد. فاکتور اصلی شامل تنش خشکی در سه سطح شامل آبیاری پس از تخلیه ۴۵% ظرفیت زراعی (شاهد یا بدون تنش)، آبیاری پس از تخلیه ۶۵% ظرفیت زراعی (تنش ملایم) و آبیاری پس از تخلیه ۸۵% ظرفیت زراعی (تنش شدید)، ۵ سطح پیش تیمار شامل شاهد (فاقد پیش‌تیمار)، پیش‌تیمار با آب، سولفات روی، سولفات پتاسیم و اسید سالیسیلیک و سه رقم کنجد (اولتان، داراب 14 و کرج) مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای متعدد عملکردی و فیزیولوژیکی نظیر میزان کلروفیل، قند محلول، فعالیت برخی آنزیم‌های آنتی اکسیدانت و غیره مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: با توجه به نتایج، با افزایش سطح تنش، وزن هزار دانه، شاخص برداشت، عملکرد دانه، تعداد کپسول در گیاه، کلروفیل کل، شاخص سطح برگ، محتوی نسبی آب روند نزولی داشت و میزان پرولین و قند محلول روند صعودی نشان داد. علاوه بر این مشخص شد که پیش‌تیمار تاثیر معنی‌داری بر صفات عملکردی و فیزیولوژیکی کنجد داشت. بیشترین میزان عملکرد (۱۱۵۳ کیلوگرم در هکتار)، شاخص برداشت (۷/۲۵) و وزن هزار دانه (۶۶/۲ گرم) در شرایط پیش‌تیمار با اسید سالیسیلیک مشاهده شد در حالی که کمترین مقدار در تیمار شاهد (فاقد پرایمینگ) به ترتیب با عملکرد (۹۶۸ کیلوگرم در هکتار)، شاخص برداشت (۸/۲۳) و وزن هزار دانه (۵۱/۲ گرم) گزارش شد. همچنین رقم کرج و اولتان به ترتیب بیشترین و کمترین عملکرد دانه 1269 و 889 کیلوگرم در هکتار را نشان دادند. در حالی که بیشترین میزان پرولین در رقم کرج (۲۹/۱ میلی گرم بر گرم وزن تر)، کمترین مقدار پرولین در رقم اولتان (۱۷/۱میلی گرم بر گرم وزن تر) مشاهده شد. رقم اولتان بیشترین میزان قند محلول (۰۳/۱میلی گرم بر گرم وزن تر) ، را نشان داد در حالی که کمترین میزان قند محلول، در رقم کرج (۹۷/۰ میلی گرم بر گرم وزن تر) گزارش شد. همچنین بیشترین و کمترین میزان محتوی نسبی آب و کلروفیل کل، به ترتیب در ارقام کرج و اولتان دیده شد. علاوه بر این ارقام آزمایشی واکنش‌های متفاوتی در برابر ویژگی‌های فیزیولوژیکی نشان دادند. در اکثر صفات عملکردی رقم کرج و اولتان به ترتیب بیشترین و کمترین میزان را نشان دادند.
نتیجه‌گیری: تنش خشکی باعث کاهش عملکرد کنجد در همه ارقام شد اما واکنش‌ ارقام مختلف کنجد به تنش خشکی یکسان نبود. تاثیرات مطلوب پرایمینگ بذور با اسید سالیسیلیک، سولفات روی و سولفات پتاسیم، از طریق حفظ میزان کلروفیل و نهایتا کمک به فرایند فتوسنتز شدند، قابل ذکر بود. رقم کرج رقم مقاوم تری نسبت به تنش خشکی در پژوهش حاضر نشان داد. با توجه به نقش اسید سالیسیلیک و روی در فتوسنتز، سنتز اسمولیت‌ها در تعدیل اثرات مخرب تنش خشکی و از طرفی تاثیر مطلوب پیش‌تیمار بر رشد و عملکرد کنجد توصیه می‌شود پرایمینگ با اسید سالیسیلیک، سولفات روی و پتاسیم جهت افزایش عملکرد در مناطقی که با تنش خشکی مواجه هستند، استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effect of priming on physiological and yield characteristics of different sesame varieties under drought stress

نویسندگان [English]

  • Zarqam Heidariyeh 1
  • Abdol Reza Jafari 2
  • Hamid Reza Ebrahimi 3
  • barmak Jafari Haghighi 3
  • Hamid Reza Miri 3
1 Ph.D. Student of Agricultural Physiology Engineering, Arsanjan Branch, Islamic Azad University, Arsanjan, Iran.
2 Corresponding Author, Arsanjan Branch, Islamic Azad University, Arsanjan, Iran
3 Arsanjan Branch, Islamic Azad University, Arsanjan, Iran.
چکیده [English]

Background and aim: Sesame is an important oilseed in which contains rich source of oil, protein, phosphorus and calcium. Drought is considered as the most obvious environmental factors in reducing the growth and yield of sesame in arid and semi-arid areas. Due to high economic importance of sesame from one hand, and high efficiency of priming and its cheapness to alleviate adverse effect of drought stress from other hand, the aim of present study was to evaluate drought stress and various priming methods on yield component and physiological features of three different sesames.
Material and methods: The study was conducted for two years in spilt plot factorial design with three replications in the farm of research center of Bushehr city. The main factor consisted drought stress in three levels of drought stress included irrigation after drainage of 45% FC (control or without stress), irrigation after drainage of 65% FC (mild stress) and irrigation after drainage of 85% FC (severe stress), five priming treatments included control (without priming), hydropriming, zinc sulphate, potassium sulphate and salicylic acid (SA) in three sesame verities (Oltan, Dararb 14, Karaj) were evaluated. Various yield and physiologic parameters such as chlorophyll content, soluble sugar and some antioxidant enzymes activities were investigated.
Results: According to the results, with increasing stress level, 1000 seed weight, harvest index, seed yield, capsule number, total chlorophyll, leaf area index, relative water content have shown decreasing while proline and soluble sugar have increased. Furthermore, it was found that priming had a significant impact on yield and physiological traits. The highest yield, harvest index and 1000 seed weight were respectively found in priming with SA 1153, 25.7 and 2.66 kilogram per hectare while the least were respectively reported in control treatment (without priming) 968, 23.8 and 2.51. Also Karaj and Oltan, respectively have shown the highest and the least seed yield 1269 and 889 kilogram per hectare. The highest proline content (1.29 mg/g FW) in Karaj variety and the lowest amount (1.17 mg/g FW) in Oltan veriety were shown. However, the highest soluble content (1.03 mg/g FW) in Oltan genotype and the least one (0.97 mg/g FW) in Karaj were reported. Also, the highest and lowest amount of relative water content and total chlorophyll were in Karaj and Oltan verities, respectively. Moreover, the investigated cultivars had shown different responses in physiological traits. In most yield traits, cultivar Karaj and Oltan showed the highest and least yield features.
Conclusion: Drought stress caused less sesame yield, but different genotypes reaction to stress were not the same. Although, desirable effects of seed priming with Salicylic acid, ZnSO4 and K2SO4, that by maintaining chlorophyll content and finally aid to photosynthesis process, was remarkable. In present research, Karaj verity was more resistant to drought stress. According to SA and zinc roles on photosynthesis, osmolytes synthesis in alleviating adverse effects of drought stress and on the other hand, desirable effect of priming on sesame growth and yield, using SA, zinc sulphate and potassium sulphate for increasing yield in region facing with drought stress are recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought
  • photosynthesis
  • priming
  • sesame
  • yield

مراجع

1.Movahhedi Dehnavi, M., Misagh, M., Yadavi, A. and Merajipoor, M. 2017. Physiological responses of sesame (Sesamum indicum L.) to foliar application of boron and zinc under drought stress. J. Plant Proc Func. 6: 28-35.
2.Uzun, B., Arslan, C. and Furat, S. 2008. Variation in fatty acid compositions, oil content and oil yield in germplasm collection of sesame (Sesamum indicum L.). J. Am. Oil Chem. Soc. 85: 1135-1142.
3.Boureima, S., Diouf, M., Amoukou, A.I. and Damme, V.P. 2016. Screening for sources of tolerance to drought in sesame induced mutants: Assessment of indirect selection criteria for seed yield. Int. J. Pure Appl. Biosci. 4: 45-60.
4.Hota, T., Pradan, C. and Rout, G.R. 2019. Identification of drought tolerant Sesamum genotypes using biochemical markers. Indian J. Exp. Biol. 57: 690-699.
5.Dossa, K., Li, D., Zhou, R. and Zhang, X. 2019. The genetic of drought tolerance in the high oil crop Sesamum indicum. Plant Biotechnol. J. 179: 1788-1803.
6.El Harfi, M., Hanine, H., Rizki, H., Latrache, H. and Nabloussi, A. 2016. Effect of drought and salt stresses on germination and early seedling growth of different color-seeds of sesame (Sesamum indicum). Int. J. Agri. Biol. 18: 1088-1094.
7.Hussain, H.A., Hussain, S., Khaliq, A., Ashraf, U., Anjum, S.A. and Men, S. 2018. Chilling and drought stresses in crop plants: implications cross talk, and potential management opportunities. Front Plant Sci. 9: 1-21.
8.Yigit, N., Sevik, H., Cetin, M. and Kaya, N. 2016. Determination of the effect of drought stress on the seed germination in some plant species. Water Stress. Plant.  12: 25-32.
9.Khan, R., Ma, X., Shah, S., Wu, X., Shaheen, A., Xiao, L., Wu, Y. and Wang, S. 2020. Drought-hardening improves drought tolerance in Nicotiana tabacum at physiological, biochemical, and molecular levels. Plant Biol. 20: 486-501.
10.Seleiman, M., Al-Suhaibani, N., Akmal, M. and Battaglia, M.L. 2021. Drought stress impacts on plants and different approaches to alleviate its adverse effects. Plants. 10: 259. 2-25.
11.Khan, A., Pan, X., Najeeb, U., Tan, DK., Fahad, S., Zahoor, R. and Luo, H. 2018. Coping with drought: Stress and adaptive mechanisms, and management through cultural and molecular alternatives in cotton as vital constituents for plant stress resilience and fitness. Biol. Res. 51: 47-59.
12.Kumar, S.V., Vyakaranahal, B., Deshpande, V., Raikar, S., Nadaf, H. and Kumar, B.A. 2014. Effect of seed polymer coating on growth and yield of pigeonpea. Karnataka J. Agri. Sci.27: 469-471.
13.Sevik, H. and Cetin, M. 2014. Effects of water stress on seed germination for select landscape plants. Pol. J. Environ. Stud. 24: 689-693.
14.Da Silva, A.C., Suassuna, J.F., de Melo, A.S., Costa, R.R., de Andrade, W.L. and da Silva, D.C. 2017. Salicylic acid as attenuator of drought stress on germination and initial development of sesame. Rev. Bras de Eng. Agrícola e Ambient. 21: 156-162.
15.Thuc, LV., Sakagami, J.I., Hung, L.T., Huu, T.N., Khuong, N.Q. and Vi, L.L.V. 2021. Foliar selenium application for improving drought tolerance of sesame (Sesamum indicum L.). Open Agric.6: 93-101.
16.Galviz-Fajardo, Y.C., Bortolin, G.S., Deuner, S., Amarante, L., Reolon, F. and Moraes, D.M. 2020. Seed priming with salicylic acid potentiates water restrictioninduced effects in tomato seed germination and early seedling growth. J. Seed Sci. 42: 1-12.
17.Sharma, M., Gupta, S.K., Majumder, B., Maurya, V.K., Deeba, F., Alam, A. and Pandey, V. 2017. Salicylic acid mediated growth, physiological and proteomic responses in two wheat varieties under drought stress. J. Proteom. 123: 28-51.
18.Basit, A., Hussain, S., Abid, M.,Hye, M.Z. and Ahmed, N. 2020.Zinc and potassium priming of maize(Zea mays L.) seeds for salt-affected soils. J. Plant Nut. 44: 1. 130-141.
19.Malekzade, S., Fallah, S. and Azari, A. 2017. The role of zinc sulphate and potassium nitrate on seed germination parameters improvement of black cumin (Nigella sativa) medical plant. Plant Prod. Tech. 8: 139-151.
20.Luo, X., Bai, X., Zhu, D., Li, Y., Ji, W., Cai, H. and Zhu, Y. 2012. GsZFP1, a new Cys2/His2-type zinc-finger protein, is a positive regulator of plant tolerance to cold and drought stress. Planta.235: 1141-1155.
21.Mehrabi, Z. and Ehsanzadeh, P. 2009. The effect of drought stress on yield and yield factors of four sesame. 10th Congress of Iran Agriculture Science and Plant Breeding.
22.Dere, S., Gunes, T. and Sivaci, R. 1998. Spectrophotometric determination of chlorophyll a, b and total carotenoid contents of some algae species using different solvents. J. Bot. 22: 13-17.
23.Filella, I., Llusia, J., Pin, J.O. and Pen, J.U. 1998. Leaf gas exchange and fluorescence of Phillyrea latifolia, Pistacia lentiscus and Quercus ilex samplings in severe drought and high temperature conditions. Environ. Exp. Bot. 39: 213-220.
24.Bates, L.S., Waldran, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water studies. Plant Soil.
39: 205-208.
25.Khani, M.R., Heidar Abadi, H., Madani, H., Nor Mohammadi, G. and Darvish, F. 2011. Selection for resistance to drought in sesame genotypes. Mod find Agri.4: 347-359. In Persian
26.Singh, M., Kumar, J., Singh, S., Singh, V.P. and Prasad, S.M. 2015. Roles of osmo-protectants in improving salinity and drought tolerance in plants: a review. Rev Environ Sci Biotechnol.14: 407-26.
27.Basal, O. and Szabo, A. 2020. Physiomorphology of Soybean as Affected by Drought Stress and Nitrogen Application. Scientifica.11: 1-7.
28.Keshavarzi, M.H. 2012. The effect of drought stress on germination and early growth of sesamum indicum seedling’s varieties under laboratory conditions. Int. J. Agric. Manag. 2: 271-275.
29.Habibi, G. 2012. Exogenous salicylic acid alleviates oxidative damage of barley plants under drought stress. Acta Biol. Szeged. 56: 57-63.
30.Fayaz, K.A. and Bazaid, A.A. 2013. Improving drought and salinity tolerance in barley by application of salicylic acid and potassium nitrate. J. Saudi Soc. of Agric. Sci. 13: 45-55.
31.Waraich, E.A., Ahmad, R. and Ashraf, M.Y. 2011. Role of mineral nutrition in alleviation of drought stress in plants. Aust J. Crop Sci. 5: 764-772.
32.Khalvandi, M., Sioseemardeh, A., Roohi, E. and Keramati, S. 2021. Salicylic acid alleviated the effect of drought stress on photosynthetic characteristics and leaf protein pattern in winter wheat. Heliyon. 7: 1-11.
33.Assadi, H., Baradaran, R., Seghatoleslami, M.J. and Mousavi, S.G. 2021. Evaluation of drought tolerance in some sesame (Sesamum indicum L.) genotypes based on stress tolerance indices. Iran. J. field Crop. Res.18: 4. 413-433.
34.Umair Hassan, M., Aamer, M., Umer Chattha, M., Haiying, T., Shahzad, B., Barbanti, L., Nawaz, M., Rasheed, A., Afzal, A., Liu, Y. and Guoqin, H. 2020. The critical role of zinc in plants facing the drought stress. Agric. 10: 1-20.
35.Najafabadi, M. and Ehsanzadeh, P. 2017. Photosynthetic and antioxidative upregulation in drought-stressed sesame (Sesamum indicum L.) subjected to foliar-applied salicylic acid. Photosyn. 55: 611-622.
36.Ullaha, A., Romdhaneb, L., Rehmanc, A. and Farooq, M. 2019. Adequate zinc nutrition improves the tolerance against drought and heat stresses in chickpea. Plant Physiol. Biochem. 143: 11-18.
37.Dehnavi, M.M., Misagh, M., Yadavi, A. and Merajipoor, M. 2017. Physiological responses of sesame (Sesamum indicum L.) to foliar application of boron and zinc under drought stress. J. Plant Process Funct. 6: 27-36.
38.Zhang, S.H., Xu, X.F., Sun, Y.M., Zhang, J.L. and Li, C.Z. 2018. Influence of drought hardening on the resistance physiology of potato seedlingsunder drought stress. J. Integr. Agric. 17: 336-47.
39.Maina, J.N. and Wang, Q. 2015. Seasonal response of chlorophyll a/b ratio to stress in a typical desert species: Haloxylon ammodendron. Arid Land Res. Manag. 29: 321-334.
40.Khokon, M., Okuma, E.I.J.I., Hossain, M.A., Munemasa, S. and Uraji, M., Nakamura. 2011. Involvement of extracellular oxidative burst in salicylic acid-induced stomatal closure in Arabidopsis. Plant Cell Environ.34: 434-443.
41.Hassanzadeh, M., Ebadi, A., Panahyan-e-Kivi, M., Eshghi, A.G., Jamati-e- Somarin, S.H., Saeidi, M. and Zabihi, R. 2009. Evaluation of drought stress on relative water content and chlorophyll content of sesame (Sesamum indicum L.) genotypes at early flowering stage. Res J Environ Sci. 3: 345-350.
42.Yang, X., Lu, M., Wang, Y., Wang, Y., Liu, Z. and Chen, S. 2021. A review on response mechanism of plants to drought stress. Horticulture. 7: 1-44.
43.Mensah, J.K., Obadoni, B.O., Eroutor, P.G. and Onome-Irieguna, F. 2006. Simulated flooding and drought effects on germination growth and yield parameters of sesame (Sesamum indicum). Afri. J. Biotech. 5: 1249-1253.
44.Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D. and Basra, S.M.A. 2009. Plant drought stress: Effects, mechanisms and management. Agron. Sustain. Dev.29: 185-212.
45.Szabados, L. and Savoure, A. 2010. Proline: a multifunctional amino acid. - Trends Plant Sci. 15: 89-97.
46.Abdelaal, K.A., Attia, K., Alamery, S.F., El-Afry, M.M., Ghazy, A.I., Tantawu, D.S., Al-Doss, A.A., El-Shawy, E.E.and Hafez, Y.M. 2020. Exogenous application of proline and salicylic acid can mitigate the injurious impacts of drought stress on barley plants associated with physiological and histological characters. Sustain. 12: 1736-1751.
47.Shemi, R., Wang, R., Gheith, E.M.S., Hussain, S., Irfan, M., Choldah, L., Zhang, K., Zhang, S. and Wang, L. 2021. Effects of salicylic acid zinc and glycine betaine on morpho-physiological growth and yield of maize under drought stress. Sci. Reo. 11: 1-14.
48.Sardans, J. and Penuelas, J. 2021. Potassium control of plant functions: ecological and agricultural implications. Plants. 10: 419-449.
49.Wu, S., Hu, C., Tan, Q., Li, L., Shi, K., Zheng, Y. and Sun, X. 2015.Drought stress tolerance mediatedby zinc-induced antioxidative defense and osmotic adjustment in cotton (Gossypium hirsutum). Acta Physiol Plant. 37: 167-177.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 29، شماره 3
مهر 1401
صفحه 165-187

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار