بررسی برخی از ویژگی‌های مورفولوژیکی ریشه و شاخص‌های کارآیی در تعدادی از ارقام فسفرکارا و ناکارای گندم

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری علوم خاک دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه مهندسی علوم خاک دانشگاه تهران

10.22069/ejsms.2017.9921.1587

چکیده

سابقه و هدف: با توجه به ویژگی‌های خاص فسفر به عنوان یک عنصر کم تحرک در خاک، شناسایی و استفاده از ارقامی از گیاهان که به عنوان فسفرکارا شناخته می‌شوند، گامی مؤثر در استفاده از فسفر خاک خواهد بود. از گزینه‌های اصلی مورد توجه در مدیریت فسفر استفاده از راهکارهایی برای به حداکثر رساندن کارآیی استفاده از آن توسط گیاهان است. اولین قدم برای بهبود تأثیر عملیات مدیریتی درک چگونگی تقابل سیستم ریشه‌ای گیاهان با خاک است. با توجه به محدود بودن تحقیقات در مورد نقش ریشه‌‌ها در جذب عناصر کم تحرک خاک، این تحقیق با هدف مطالعه تعدادی از خصوصیات مورفولوژیکی ریشه چند رقم فسفرکارا و فسفرناکارای گندم و ارتباط آنها با شاخص‌های فسفرکارآیی انجام گرفت.
مواد و روش‌ها: تعدادی از ویژگی‌های مورفولوژیکی ریشه چند رقم فسفرکارا و ناکارای گندم اندازه‌گیری و همبستگی آنها با شاخص‌های کارآیی بررسی گردید. همچنین تأثیر ریزوسفرهر رقم بر pH خاک و تغییرات اجزای فسفر خاک در سطح کودی صفر مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشی گلخانه‌ای روی گیاه گندم (Triticum aestivum L.) به مدت شش هفته به صورت فاکتوریل و در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در 8 تیمار و 3 تکرار انجام شد. فاکتورها شامل ارقام مختلف در 4 سطح (2 رقم فسفرکارا (آزادی (Azadi) و یاواروس (Yavarus)) و 2 رقم فسفر ناکارا (کرج 1 (Karaj1) و مرودشت (Marvdasht)) و فسفر خاک در 2 سطح (سطح طبیعی فسفر خاک و سطح 20 میلی‌گرم فسفر بر کیلوگرم خاک) بودند. تعدادی از خصوصیات مورفولوژیکی ریشه‌ شامل وزن تر و خشک ریشه و حجم ریشه اندازه‌گیری گردید و سپس طول و سطح ریشه‌ها محاسبه شد. وزن تر و خشک شاخساره و نسبت شاخساره به ریشه نیز در ارقام مختلف اندازه‌گیری و محاسبه شد. در نهایت جذب کل فسفر، کارآیی جذب و مصرف فسفر و فسفر کارآیی محاسبه گردید و همبستگی ویژگی‌های ریشه‌ای با شاخص‌های کارآیی بررسی شد.
یافته‌ها: تفاوت معنا‌داری (05/0p) بین ارقام از نظر ویژگی‌های مورفولوژیک ریشه مشاهده گردید و ارقام با کارآیی بالاتر، سیستم‌های ریشه‌ای گسترده‌تری تولید نمودند. ارقام گندم آزادی و مرودشت به ترتیب بیشترین و کمترین مقدار خصوصیات کمی ریشه‌ای (وزن تر (به ترتیب 27/2 و 28/1 گرم) و وزن خشک ریشه (به ترتیب 31/0 و 20/0 گرم)، کل طول ریشه (به ترتیب 4/278 و 04/179 سانتیمتر)، سطح ریشه (به ترتیب 2/90 و 06/56 سانتیمتر مربع در گلدان) و حجم ریشه (به ترتیب 3/2 و 4/1 میلی‌‌لیتر در گلدان) را داشتند. همچنین ارقام مختلف تفاوت معنا‌داری (05/0p) را از نظر وزن خشک شاخساره، نسبت شاخساره به ریشه، غلظت و جذب کل فسفر شاخساره و نیز کارآیی جذب و مصرف فسفر نشان دادند. با مصرف کود فسفری، ماده خشک تمامی ارقام به طور معنا‌داری (05/0p) افزایش یافت. همبستگی مثبت و معنا‌داری ‌بین ویژگی‌های ریشه‌ای این ارقام با شاخص‌های فسفرکارآیی (غلظت و جذب کل فسفر شاخساره) وجود داشت ولی همبستگی این ویژگی‌ها با شاخص کارآیی مصرف فسفر منفی بود. مقادیر pH در ریزوسفر همه ارقام گندم به طور معنا‌داری (05/0p) نسبت به خاک غیرریزوسفری کاهش یافت. کاهش pH در ریزوسفر ارقام مورد مطالعه بین 38/0-12/0 بود. ارقام آزادی و مرودشت به ترتیب بیشترین و کمترین مقدار کاهش pH را نشان دادند. همه ارقام گندم اجزای فسفر خاک (دی کلسیم فسفات، اکتا کلسیم فسفات، فسفر پیوند شده با آهن و فسفر آپاتیتی) را به طور معنا‌داری (05/0p) نسبت به خاک شاهد کاهش دادند. این کاهش در مورد تمام ارقام و اجزا یکسان نبود.
نتیجه‌گیری: اختلافات موجود بین ارقام به تفاوت‌های ژنتیکی، اندازه و مورفولوژی ریشه و تغییرات شیمیایی ریزوسفر نسبت داده می‌شود. شناسایی استراتژی‌های گیاهان برای سازگاری با شرایط کمبود عناصر و انتخاب درست ارقام گیاهی می‌تواند افزایش جذب فسفر از خاک‌های دارای محدودیت فسفر و افزایش تولید محصول را به دنبال داشته باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessing Some Root Morphological Properties and Efficiency indexes in Several Phosphorus Efficient and Inefficient Cultivars of Wheat

نویسندگان [English]

  • Razieh Khalili Rad 1
  • Hossein Mirseyed Hosseini 2
1
2 Associate professor Dept. of Soil Science & Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, University of Tehran,
چکیده [English]

Background and objectives: Regarding to phosphorus as a low mobility element in soil, identification and application of traits of cultivars that are recognized as phosphorus efficient, will be very important for crop improvement and optimum usage of soil. Maximizing the phosphorus use efficiency of crops in the system is one of the most important approaches considered in phosphorus management. The first step in improving effectiveness of nutrient management practices is having information about how plant root systems interact with the soil. Because of limited researches on function of roots at the uptake of low mobile elements, this investigation was conducted to study some root morphological properties of several phosphorus efficient and phosphorus inefficient cultivars of wheat and their relations with phosphorus efficiency indexes.
Materials and methods: In this study, some root morphological properties of several phosphorus-efficient and phosphorus-inefficient cultivars of wheat (Triticum aestivum L.) were compared and their correlations with efficiency indexes were studied. Furthermore, the rhizosphere effect of each cultivar on soil pH and soil phosphorus fractions was investigated. A greenhouse experiment on wheat cultivars as a factorial in completely randomized design was conducted with 8 treatments and 3 replications for six weeks. Experimental factors were different cultivars (2 phosphorus efficient i.e. Azadi and Yavarus and 2 phosphorus inefficient i.e. Karaj 1 and Marvdasht) and soil P levels (natural level of soil P and 20 mg P kg-1 soil). To understand root properties effecting phosphorus efficiency related to cultivar, some root morphological properties (root wet weight, root dry weight and root volume) were measured and then total root length and root surface area were calculated. Shoot wet and dry weight and shoot to root ratio in different cultivars was measured and calculated, too. Finally, total phosphorus uptake, phosphorus acquisition efficiency, phosphorus utilization efficiency and phosphorus efficiency were calculated and correlation between root morphological properties and efficiency indexes was investigated.
Results: There was a significant (p<0.05) difference of root morphological properties between phosphorus efficient and phosphorus inefficient cultivars and with higher efficient cultivars produced stronger and more extensive root system. Azadi and Marvdasht cultivars had the highest and lowest root quantitative properties (wet weight (2.27 and 1.28 g), dry weight (0.31 and 0.20 g), total root length (278.4 and 179.04 Cm), root surface area (90.2 and 56.06 Cm2/pot) and root volume (2.3 and 1.4 mL/pot), respectively. Also, different cultivars showed significant differences (p<0.05) in the dry weight of shoots, shoot to root ratio, shoot P concentration and shoot total uptake as well as phosphorus acquisition efficiency and phosphorus utilization efficiency. Dry matter was significantly (p<0.05) increased for all cultivars with phosphorus fertilization. There was a positive and significant correlation between root parameters of studied cultivars with different efficiency indexes such as shoot phosphorus concentration and shoot total phosphorus absorption but there was a negative correlation between mentioned parameters with phosphorus utilization efficiency index. Soil pH values in the rhizosphere of all four wheat cultivars were significantly (p<0.05) lower than those in the corresponding non-rhizosphere soil. pH decreased between 0.12-0.38 in the rhizosphere of studied cultivars. Azadi and Marvdasht cultivars showed the most and the least amount of pH decreases, respectively. All wheat cultivars decreased phosphorus forms (DCP-P, OCP-P, Al-P and Apatite-P) significantly (p<0.05). This difference was not equal for all cultivars and all fractions.
Conclusion: The differences are attributed to genetic differences among cultivars, root size, root morphology and changes in the rhizosphere. Identification of plants strategies for adoption to low nutrient condition and the right selection of the cultivars can improve the uptake of P in P-deficient soils and crop production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Root
  • Phosphorus efficiency
  • Phosphorus acquisition efficiency
  • Phosphorus utilization efficiency
  • Soil phosphorus fractions