اثر میکوریزا و سیلیکات پتاسیم بر صفات زیستی و بیوشیمیایی توت فرنگی رقم کاماروسا در شرایط تنش گرمایی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد علوم باغبانی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

2 نویسنده مسئول، استادیار گروه علوم باغبانی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

3 دانشیار گروه علوم باغبانی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

4 استاد گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

سابقه و هدف: امروزه یکی از چالش‌های مهم پیش روی کشاورزی در جهان پدیده گرم شدن زمین و بروز تنش گرمایی در بسیاری از محصولات کشاورزی می‌باشد. توت فرنگی یکی از محصولات مهم باغبانی است که تغییر اقلیم و گرم شدن هوا بر رشد و عملکرد آن تأثیر منفی داشته است. راهکارهای مختلفی جهت مقابله با تنش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد که از جمله می‌توان به کاربرد سیلیسیم و تلقیح با باکتری میکوریزا اشاره نمود. سیلیسیم در انواع تنش‌ها کاربرد داشته و در شرایط گرما و خشکی نیز مؤثر واقع شده‌است. همچنین قارچ‌های میکوریزا از طریق باز نگه داشتن روزنه‌های زیر برگ، موجب تأخیر در کاهش محتوای نسبی آب برگ در طی انواع تنش می‌گردد. هدف از انجام این آزمایش ارزیابی اثرات کاربرد قارچ و سیلیکات پتاسیم روی بوته‌های دختری به‌منظور مقابله با اثر تنش دمای بالا بر روندک و بوته‌های دختری و بررسی رشد رویشی روندک می‌باشد.
مواد و روش‌ها: به همین منظور، پژوهشی با بررسی اثر سیلیکات پتاسیم و قارچ میکوریزا بر تحمل تنش گرمایی توت‌فرنگی رقم کاماروسا و نیز ارزیابی امکان افزایش تحمل گیاه نسبت به گرما در گلخانه پژوهشی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری اجرا شد. پس از گذشت دو ماه از استقرار، گیاهان در محیط کنترل‌شده (شاهد) نگه داشته شده و بقیه گیاهان به دمای تنش(40 درجه سانتتی‌گراد) منتقل گردیدند. یک گروه گلدان در فضای بدون تنش که درجه حرارت آن در روز 1±25 و در شب 1±16 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 60±5 درصد بود و گروه دیگر گلدان‌ها در گلخانه تحت تنش قرار گرفتند. بوته‌ها در دمای 25 درجه قرار داده و هر ساعت 2 درجه سانتی گراد دمای گلخانه اضافه شد. بعد از هفت ساعت که دمای گلخانه از 25 درجه به 40 درجه سانتی گراد رسید، دمای گلخانه روی 1±40 درجه سانتی گراد تنظیم و بوته‌ها بدین صورت به‌مدت سه روز در دمای تنش‌زا قرار گرفتند. این پژوهش در قالب طرح فاکتوریل به‌صورت کاملاً تصادفی با سه فاکتور شامل دو سطح قارچ میکوریزا (با و بدون قارچ میکوریزا)، سه سطح سیلیکات پتاسیم (صفر، 50 و 100 میلی‌گرم در لیتر) به‌شکل محلول‌پاشی و دو سطح دمایی (25 و 40 درجه سانتی گراد) با سه تکرار در گلخانه با کشت خاکی انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که تنش دمای بالا موجب کاهش ویژگی‌های وزن‌تر ریشه، وزن خشک برگ و میزان سیلیسیم شد. کاربرد سیلیکات پتاسیم موجب بهبود وزن‌تر برگ، وزن خشک برگ، ریشه، محتوای آب نسبی، محتوای پرولین و... شد. کاربرد سیلیکات پتاسیم 50 میلی‌گرم در لیتر، در صورت حضور و عدم حضور میکوریزا به‌ترتیب سبب افزایش معنی‌داری به میزان بیش از 1/2 و 5/3 برابری وزن خشک برگ شد. همچنین در غلظت سیلیکات پتاسیم 100 میلی‌گرم در لیتر بالاترین میزان وزن‌تر ریشه با میانگین 03/6 گرم مشاهده گردید. بیشترین میزان آب نسبی برگ در تیمار تنش گرمایی در بوته‌های تلقیح شده با قارچ و بدون تیمار سیلیکات پتاسیم با میانگین حدود 65/89 درصد مشاهده شد که با سایر سطوح تیماری تفاوت معنی‌داری ایجاد کرد. در غلظت 100 میلی‌گرم در لیتر سیلیکات پتاسیم، افزایش معنی‌دار 6/1 برابری در محتوای پرولین مشاهده شد، به طوریکه مقدار پرولین در تیمار شاهد با میانگین 023/0 میکرو مول بر گرم بوده که در تیمار 100 میلی‌گرم در لیتر به 0663/0 میکرو مول بر گرم رسید.
نتیجه‌گیری: در نهایت، مشخص شد که تنش دمای بالا بسیاری از فاکتورهای زیستی و بیوشیمیایی گیاه توت فرنگی را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد که کاربرد سیلیکات پتاسیم 50 میلی‌گرم در لیتر توأم با قارچ میکوریزا برخلاف کاربرد جداگانه آنها، از ورود آسیب گرما به بخش‌های مختلف گیاه جلوگیری کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of mycorrhiza and potassium silicate application on morphological and biochemical traits of cv. Camarosa strawberries under heat stress conditions

نویسندگان [English]

  • Aliyeh shafiee 1
  • Mehdi Hadadinejad 2
  • Kamran Ghasemi 3
  • Saeed Eshghi 4
1 M.Sc. Graduate of Horticultural Science, Faculty of Agronomy Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University (SANRU), Sari, Iran
2 Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Horticultural Science, Faculty of Agronomy Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University (SANRU), Sari, Iran
3 Associate Prof., Dept. of Horticultural Science, Faculty of Agronomy Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University (SANRU), Sari, Iran.
4 Professor, Dept. of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Nowadays, one of the major challenges facing agriculture worldwide is the phenomenon of global warming and the emergence of heat stress in many agricultural crops. Strawberry is one of the important horticultural crops that climate change and rising air temperatures have had a negative impact on its growth and productivity. Various strategies are used to cope with stresses, which include the use of silicon and inoculation with mycorrhizae bacteria. Silicon has applications in various stresses and has proven effective under heat and drought conditions. Mycorrhizal fungi also delay the reduction in relative water content in the leaves during various stresses by keeping stomata open. The aim of this experiment is to evaluate the effects of application of fungus and potassium silicate on strawberry runners in order to cope with the effect of high temperature stress on runners and plants and study the vegetative growth of runners.
Materials and methods: For this purpose, a study was conducted to investigate the effect of potassium silicate and mycorrhizae fungus on tolerance to heat stress in 'Camarosa' strawberry and also to evaluate the possibility of increasing plant tolerance to heat in the research greenhouse of Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources. After two months of establishment, plants were maintained in a controlled environment (control) and the rest of the plants were transferred to stress temperature. One group of pots were kept in a no-stress space where the day temperature was 25±1 °C and the night temperature was 16±1 °C and the relative humidity was 60±5%, and the other pots were placed under stress in the greenhouse. The plants were placed at 25°C and the greenhouse temperature was increased by 2°C every hour. After seven hours when the greenhouse temperature reached 39°C from 25°C, the greenhouse temperature was adjusted to 40±1°C and the plants were exposed to this stressful temperature for three days. This research was conducted as a factorial experiment in a completely randomized design with three factors including two levels of mycorrhizae fungus (with and without mycorrhizae fungus), three levels of potassium silicate (zero, 50 and 100 milligrams per liter) as foliar application and two levels of thermal stress (25 and 41°C) with three replications in soil culture in the greenhouse.
Results: The results showed that high temperature stress reduced the characteristics of fresh root weight, leaf dry weight and silicon content. Potassium silicate application improved fresh leaf weight, dry leaf weight, root, relative water content, proline content, etc. Application of 50 milligrams per liter potassium silicate with the addition of mycorrhiza and also in the absence of it significantly increased dry leaf weight by more than 1.2 and 5.3 times, respectively. Also, the highest fresh root weight with a mean of 3.6 grams was observed at 100 milligrams per liter potassium silicate concentration. The highest relative water content of leaves under heat stress treatment was observed in plants inoculated with fungus and without potassium silicate treatment with an average of 89.65%, which made a significant difference with other treatment levels. At a concentration of 100 mg/liter of potassium silicate, a significant increase of 1.6 times in proline content was observed, So, the amount of proline in the control treatment was 0.023 micromole/g on average, which reached 0.0663 micromole/g in the 100 mg/liter treatment.
Conclusion: Ultimately, it was determined that high temperature stress affects many biochemical and photosynthetic factors of strawberry plants, and application of 50 milligrams per liter potassium silicate along with mycorrhizae fungus, unlike their separate applications, prevented heat damage to different plant parts.

کلیدواژه‌ها [English]

  • symbiosis
  • tolerance
  • proline
  • ion leakage

مراجع

1.Else, M., & Atkinson, C. (2010). Climate change impacts on UK top and soft fruit production. Outlook on Agriculture, 39(4), 257-262.
2.Fan, W., Zhang, M., Zhang, H., & Zhang, P. (2012). Improved tolerance to various abiotic stresses in transgenic sweet potato (Ipomoea batatas) expressing spinach betaine aldehyde dehydrogenase. PloS one, 7(5), e37344.
3.Kesici, M., Gulen, H., Ergin, S., Turhan, E., Ahmet, I. P. E. K., & Koksal, N. (2013). Heat-stress tolerance of some strawberry (Fragaria× ananassa) cultivars. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 41(1), 244-249.
4.Natarajan, S. (2005). High temperature stress responses of Salvia splendens and Viola X wittrockiana. PhD Diss, Louisian State University. 154 p.
5.Zsófi, Z., Váradi, G., Bálo, B., Marschall, M., Nagy, Z., & Dulai, S. (2009). Heat acclimation of grapevine leaf photosynthesis: mezo-and macroclimatic aspects. Functional Plant Biology,
36(4), 310-322.
6.Liang, Y., Hua, H., Zhu, Y. G., Zhang, J., Cheng, C., & Romheld, V. (2006). Importance of plant species and external silicon concentration to active silicon uptake and transport. New phytologist, 172(1), 63-72.
7.Taheri, M., & Haghighi, M. (2018). Benzyl adenine is more effective than potassium silicate on decreasing the detrimental effects of heat stress in pepper (Capsicum annum cv. PS301). Iran Agricultural Research, 37(1), 89-98. [In Persian]
8.irabbasi, N., Nikbakht, A., Etemadi, N., & Sabzalian, M. R. (2013). Effect of different concentrations of potassium silicate, nano-silicon and calcium chloride on concentration of potassium, calcium and magnesium, chlorophyll content and number of florets of Asiatic lily cv. ‘Brunello’. Journal of Soil and Plant Interactions, 4(2), 41-50. [In Persian]
9.Whetzel, H. H. (1918). An outline of the history of phytopathology. WB Saunders.‏
10.Eskandari, S., Guppy, C. N., Knox, O. G., Flavel, R. J., Backhouse, D., & Haling, R. E. (2017). Mycorrhizal contribution to phosphorus nutrition of cotton in low and highly sodic soils using dual isotope labelling (32P and 33P). Soil Biology and Biochemistry, 105, 37-44.
11.Nagarathna, T. K., Prasad, T. G., Bagyaraj, D. J., & Shadakshari, Y. G. (2007). Effect of arbuscular mycorrhiza and phosphorus levels on growth and water use efficiency in sunflower at different soil moisture status. Journal of Agricultural Technology, 3(2), 221-229.
12.Wright, S. F. (2005). Management of arbuscular mycorrhizal fungi. Roots and soil management: interactions between roots and the soil, 48, 181-197.
13.Kapoor, R., Giri, B., & Mukerji, K. G. (2002). Soil factors in relation to distribution and occurrence of vesicular arbuscular mycorrhiza. In Techniques in mycorrhizal studies (pp. 51-85). Dordrecht: Springer Netherlands.
14.Huang, H., Zhang, S., Wu, N., Luo, L., & Christie, P. (2009). Influence of Glomus etunicatum/Zea mays mycorrhiza on atrazine degradation, soil phosphatase and dehydrogenase activities, and soil microbial community structure. Soil Biology and Biochemistry, 41(4), 726-734.
15.Bitterlich, M., Krügel, U., Boldt‐Burisch, K., Franken, P., & Kühn, C. (2014). The sucrose transporter Sl
SUT 2 from tomato interacts with brassinosteroid functioning and affects arbuscular mycorrhiza formation. The Plant Journal, 78(5), 877-889.
16.Matsubara, Y. S., Hirano, I., Come on, D., & Koshikawa, K. (2004). Increased tolerance to Fusarium wilt in mycorrhizal strawberry plants raised by capillary watering methods. Environment Control in Biology, 42(3), 185-191.
17.Sánchez, F. J., Manzanares, M., de Andres, E. F., Tenorio, J. L., & Ayerbe, L. (1998). Turgor maintenance, osmotic adjustment and soluble sugar and proline accumulation in 49 pea cultivars in response to water stress. Field crops research, 59(3), 225-235.
18.Lutts, S., Kinet, J. M., & Bouharmont, J. (1996). NaCl-induced senescence in leaves of rice (Oryza sativa L.) cultivars differing in salinity resistance. Annals of botany, 78(3), 389-398.
19.Kormanik, P. P., & MCGraw, A. C. (1982). Quantification of vesicular-arbuscular mycorrhizas in plant roots. In Methods and Principles of Mycorrhizal Research (Ed. by N. C. Schenck), The American Phytopathological Society, St Paul, Minnesota. pp. 37-45.
20.Bates, L., Waldren, R., & Teare, I. (1973). Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil, 39(1), 205-207.
21.Hallmark, C. T., Wilding, L. P., & Smeck, N. E. (1983). Silicon. Methods of Soil Analysis: Part 2 Chemical and Microbiological Properties, 9, 263-273.
22.Widada, J., Damarjaya, D. I., & Kabirun, S. (2007). The interactive effects of arbuscular mycorrhizal fungi and rhizobacteria on the growth and nutrients uptake of sorghum in acid soil. In First international meeting on microbial phosphate solubilization
(pp. 173-177). Springer, Dordrecht.
23.Ilbas, A. I., & Sahin, S. (2005). Glomus fasciculatum inoculation improves soybean production. Acta Agriculturae Scandinavica Section B-Soil and Plant Science, 55(4), 287-292.
24.Porras-Soriano, A., Soriano-Martín, M. L., Porras-Piedra, A., & Azcón, R. (2009). Arbuscular mycorrhizal fungi increased growth, nutrient uptake and tolerance to salinity in olive trees under nursery conditions. Journal of plant physiology, 166(13), 1350-1359.
25.Ortaş, İ. (1996). The influence of use of different rates of mycorrhizal inoculum on root infection, plant growth, and phosphorus uptake. Communications in soil science and plant analysis,
27(18-20), 2935-2946.
26.Xiao, J., Li, Y., & Jeong, B. R. (2022). Foliar Silicon Spray to Strawberry Plants during Summer Cutting Propagation Enhances Resistance of Transplants to High Temperature Stresses. Frontiers in Sustainable Food Systems, 6, 938128.
27.Li, Y., Xiao, J., Hu, J., & Jeong, B. R. (2020). Method of silicon application affects quality of strawberry daughter plants during cutting propagation in hydroponic substrate system. Agronomy, 10(11), 1753.
28.Moradtalab, N., Hajiboland, R., Aliasgharzad, N., Hartmann, T. E., & Neumann, G. (2019). Silicon and the association with an arbuscular-mycorrhizal fungus (Rhizophagus clarus) mitigate the adverse effects of drought stress on strawberry. Agronomy, 9(1), 41.
29.Zhu, X., Song, F., & Liu, F. (2017). Arbuscular mycorrhizal fungi and tolerance of temperature stress in plants. Arbuscular mycorrhizas and stress tolerance of plants, 163-194.‏
30.Schonfeld, M. A., Johnson, R. C., Carver, B. F., &Mornhinweg, D. W. (1988). Water relations in winter wheat as drought resistance indicators. Crop Science, 28(3), 526-531.
31.Romero-Aranda, M. R., Jurado, O., & Cuartero, J. (2006). Silicon alleviates the deleterious salt effect on tomato plant growth by improving plant water status. Journal of plant physiology, 163(8), 847-855.
32.Li, Y., Xiao, J., Hu, J., & Jeong, B. R. (2020). Method of silicon application affects quality of strawberry daughter plants during cutting propagation in hydroponic substrate system. Agronomy, 10(11), 1753.
33.Gulen, H., &Eris, A. (2003). Some physiological changes in strawberry (Fragaria × ananassa ‘Camarosa’) plants under heat stress. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 78(6), 894-898.
34.Gulen, H., & Eris, A. (2004). Effect of heat stress on peroxidase activity and total protein content in strawberry plants. Plant Science, 166(3), 739-744.
35.Kesici, M., Gulen, H., Ergin, S., Turhan, E., Ahmet, I. P. E. K., &Koksal, N. (2013). Heat-stress tolerance of some strawberry (Fragaria × ananassa) cultivars. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 41(1), 244-249.
36.Kaur, R., Bains, T. S., Bindumadhava, H., & Nayyar, H. (2015). Responses of mungbean (Vigna radiata L.) genotypes to heat stress: Effects on reproductive biology, leaf function and yield traits. Scientia Horticulturae, 197, 527-541.
37.Savvas, D., & Ntatsi, G. (2015). Biostimulant activity of silicon in horticulture. Scientia Horticulturae, 196, 66-81.
38.Agarie, S., Miura, A., Sumikura, R., Tsukamoto, S., Nose, A., Arima, S., & Miyao-Tokutomi, M. (2002). Overexpression of C4 PEPC caused O2-insensitive photosynthesis in transgenic rice plants. Plant Science, 162(2), 257-265.
39.Reddy, A. R., Chaitanya, K. V., & Vivekanandan, M. (2004). Drought-induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants. Journal of plant physiology, 161(11), 1189-1202.
40.Ez-zohra, I. F., Said, Q. S. A. I. B., Mohamed, F. A. I. Z. E., & Tayeb, K. O. U. S. S. A. (2014). Biochemical Changes in Grapevines Roots in Responses to Osmotic Stress. International Journal of Scientific and Research Publications, 4(7), 1-5.
41.Jokar, N. G., Nadian, H., Moghaddam, B. K., & Gharineh, M. H. (2016). Influence of arbuscular mycorrhizal fungi and drought stress on some macro nutrient uptake in three leek genotypes with different root morphology. Journal of Water and Soil, 29(1), 198-209. [In Persian]
42.Yousefi, R., & Esna-ashari, M. (2017). The effect of Micro- and Nanoparticles of silicon on concentration of macro- and micro elements and silicon content of strawberry plant in soilless culture condition. Journal of Soil and Plant Interactions, 8(1), 58-71. [In Persian]
43.Seyed lor, L., Tabatabaei, J., & Fallahi, E. (2009). The effect of silicon on the growth and yield of strawberry grown under saline conditions. Journal of Horticultural Science, 23(1), 88-95. [In Persian]
44.Abd-Alkarim, E., Bayoumi, Y., Metwally, E., & Rakha, M. (2017). Silicon supplements affect yield and fruit quality of cucumber (Cucumis sativus L.) grown in net houses. African Journal of Agricultural Research, 12(31), 2518-2523.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 32، شماره 2
تیر 1404
صفحه 17-40

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار