بررسی تأثیر سولفات روی بر تغییرات رشد، ویژگی‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی موسیر ایرانی (Allium hirtifolium Boiss) در شرایط تنش خشکی و کمبود روی در خاک

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زراعت دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد

2 عضو هیات علمی دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد

3 گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد

10.22069/ejsms.2026.23090.2170

چکیده

سابقه و هدف: تنش خشکی یکی از مهم‌ترین تنش‌های محیطی است که تولیدات کشاورزی را از طریق ایجاد اختلال در فرایندهای رشد و نمو با محدودیت روبرو می‌کند و عملکرد گیاه را کاهش می‌دهد. یکی از اثرات تنش خشکی، بر هم زدن تعادل تغذیه‌ای در گیاه است که با استفاده از ریزمغذی‌ها به صورت محلول‌پاشی می‌توان وضعیت رشد گیاه را در شرایط تنش بهبود بخشید. آزمایش حاضر با هدف ارزیابی تأثیر محلول‌پاشی عنصر روی بر تغییرات رشد، ویژگی‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گیاه موسیر ایرانی در شرایط تنش خشکی اجرا شد.
مواد و روش‌ها: این آزمایش در قالب فاکتوریل و طرح بلوک‌های کامل تصادفی به‌صورت گلدانی در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهرکرد با 4 تکرار در سال زراعی 1403-1402 انجام شد. تنش خشکی (شامل بدون تنش و تنش خشکی بر اساس حفظ رطوبت به مقدار 50 درصد ظرفیت زراعی) و غلظت‎های مختلف روی شامل صفر، 50، 100، 150 و 200 میلیگرم در لیتر به‌صورت محلولپاشی بعنوان عوامل آزمایشی بودند.
یافته‌ها: ارتفاع بوته، تعداد و وزن تر برگ، وزن تر ریشه و غده، تعداد و وزن تر پیاز خواهری، محتوای نسبی آب برگ، نشت الکترولیتی غشاء، محتوی پرولین، مالون‌دی‌آلدئید، پراکسیدهیدروژن و رنگیزه‌های فتوسنتزی تحت تأثیر عامل خشکی قرار گرفتند. اثر عنصر روی بر کلیه صفات بجز تعداد برگ و رنگیزه‌های فتوسنتزی و اثر متقابل تنش خشکی و روی بر همه صفات یاد شده بجز ارتفاع بوته، تعداد برگ، وزن تر غده، تعداد پیاز خواهری و رنگیزه‌های فتوسنتزی معنی‌دار شد. بیشترین اثر مثبت معنی‌دار در شرایط بدون تنش و در غلظت 200 میلی‌گرم روی در لیتر و کمترین اثر در تنش خشکی با تیمار شاهد اتفاق افتاد. در شرایط تنش خشکی، در تیمار 200 میلی‌گرم روی در لیتر وزن تر برگ (95%)، وزن تر ریشه (76%)، وزن تر پیاز خواهری (88%)، محتوای نسبی آب برگ (40%)، محتوی پرولین (148%) در مقایسه با شاهد افزایش داشتند ولی نشت الکترولیتی غشاء (38%)، مالون‌دی‌آلدئید (68%) و پراکسیدهیدروژن (48%) کاهش یافتند. در شرایط تنش خشکی و بدون تنش، وزن تر غده موسیر ایرانی به ترتیب 6/49 و 64 گرم بود. در بین تیمارهای سولفات روی، بیشترین وزن تر غده در غلظت 200 میلی‌گرم روی در لیتر (6/59 گرم) بود که نسبت به شاهد 2/11 درصد افزایش داشت.
نتیجه‌گیری: در این آزمایش، با مشاهده اختلاف مثبت معنی‌دار در غلظت‌های بالای سولفات روی در شرایط بدون تنش و تنش خشکی، می‌توان نتیجه گرفت که غلظت 200 میلی‌گرم روی در لیتر باعث بهبود صفات رشدی، فیزیولوژیک و فرایندهای بیوشیمیایی در روند رشد و نمو گیاه موسیر ایرانی می‎شود و علاوه بر دستیابی به تولید بالا در شرایط بدون تنش به بهبود محصول در شرایط تنش خشکی کمک می‎نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of zinc sulfate on changes of Growth, physiological and biochemical properties of Persian shallot (Allium hirtifolium Boiss) under drought stress and zinc deficiency in soil

نویسندگان [English]

  • Saeed Davoodi Nia 1
  • Sina Falah 2
  • Mohammad Rafieiolhossaini 3
  • ali abasi surky 1
1 دانشکده کشاورزی گروه زراعت
2 Shahrekord University
3 Shahrekord University
چکیده [English]

Background and Objective: Drought stress is a major environmental challenge that has a negative impact on agricultural productivity by disrupting growth and developmental processes, ultimately resulting in reduced crop yields. One significant consequence of drought stress is disturbance of the plant's nutritional balanc, which can potentially be alleviated by applying micronutrients through foliar sprays during periods of stress. The purpose of this study was to evaluate the effects of zinc foliar sprays on the growth, physiological, and biochemical responses of Persian shallot plants under drought stress conditions.
Materials and Methods: This study was carried out using a factorial and randomized complete block design within pots at the Shahrekord University Research Farm, consisting of four replications during the 2023-2024 agricultural season. The experimental factors included drought stress, which comprised both no stress and stress conditions by keeping moisture levels at 50% of field capacity, along with varying zinc concentrations of 0, 50, 100, 150, and 200 mg/L applied as a foliar spray.
Results: Drought conditions significantly influenced various parameters, including plant height, leaf count, fresh weights of leaves, roots, and bulbs, as well as the number and fresh weight of sister bulbs, relative water content of leaves, membrane electrolyte leakage, and levels of proline, malondialdehyde, hydrogen peroxide, and photosynthetic pigments. Zinc application had a notable impact on all measured traits, with the exception of leaf count and photosynthetic pigments. Additionally, the interaction between drought stress and zinc treatment significantly affected all traits, except for plant height, leaf count, fresh weight bulbs, number of sister bulbs, and all photosynthetic pigments. The most pronounced positive effects were observed under full irrigation at a zinc concentration of 200 mg/L, while the least effects were recorded under drought stress with the control treatment. Under drought conditions, the application of 200 mg/L zinc resulted in increases in leaf fresh weight (95%), root fresh weight (76%), scallion fresh weight (88%), leaf relative water content (40%), and proline content (148%) compared to the control. Conversely, membrane electrolyte leakage (38%), malondialdehyde (68%), and hydrogen peroxide (48%) levels decreased. The fresh weight of Persian shallot bulbs under drought stress and non-stress conditions was recorded at 49.6 g and 64 g, respectively. Among the various zinc sulfate treatments, the highest bulb fresh weight was achieved at a concentration of 200 mg/L zinc, yielding 59.6 g, which represents an 11.2% increase over the control.
Conclusion: In this study, by noting a noteworthy positive impact from high amounts of zinc sulfate under both non-stressed and drought-stressed conditions, it can be determined that a level of 200 mg zinc per liter enhances the growth, physical characteristics, and biochemical activities in the development of Persian shallot plants. Moreover, in addition to promoting high yields in non-stressed circumstances, it also aids in boosting production during drought-stressed situations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bulb
  • Drought tolerance
  • Foliar spray
  • Photosynthesis
  • Proline
  1. Zaynali, H., Kamalion, A., & Tavakoli, M. (2018). Getting to Khnow the Medicinal Plant to Shallot (Allium hirtifulium Boiss.) and Its Production Method. Tehran. Agriculture Publication of Education, 1 (1), 1 – 12. [in Persian]
  2. Fallah, S., Rostaei, M., Lorigooini, Z & Abbasi Surki, A. (2018). Chemical compositions of essential oil and antioxidant activity of dragonhead (Dracocephalum moldavica) in sole crop and dragonhead-soybean (Glycine max) intercropping system under organic -manure and chemical fertilizers. Industrial Crop and Products, 115(1), 158-165. doi:10.1016/j.indcrop.2018.02.003.
  3. Ganjeali, A., Porsa, H & Bagheri, A. (2011). Assessment of Iranian chickpea (Cicer arietinum L.) germplasms for drought tolerance. Agriculture Water Management, 98(9), 1477-1484. doi: 10.1016/j.agwat.2011.04.017
  4. Hosseinzadeh, S.R., Amiri, H. & Ismaili, A. (2016). Effect of vermicompost fertilizer on photosynthetic characteristics of chickpea (Cicer arietinum L.) under drought stress. Photosynthetica. 54(5), 87-92. doi: 10.1007/s11099-015-0162-x.
  5. Rahbarian, R., Khavari-Nejad, R., Ganjeali, A., Bagheri, A.R & ajafi, F. (2011). Drought stress effects on photosynthesis, chlorophyll fluorescence and water. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica, 53(1) , 47-56. doi: 10.2478/v10182-011-0007-2.
  6. Ahmadpour, R., Hosseinzadeh, S.R. & Chashiani, S. (2016). Study of root morpho-physiological and biochemical characteristics of lentil (Lens culinaris Medik.) in response to moisture stress. Journal of Plant Environmental Physiology, 11(4), 39-51. doi: 20.1001.1.76712423.1395.11.43.4.1.
  7. Borowiak, K., Gasecka, M., Mleczek, M., Dabrowski, J., Chadzinikolau, T., Magdziak, Z., Golinski, P., Rutkowski, P. & Kozubik, T. (2015). Photosynthetic activity in relation to chlorophylls, carbohydrates, phenolics and growth of a hybrid Salix purpurea × triandra × viminalis 2 at various Zn concentrations. Acta Physiologiae Plantarum, 37(1), (1-12). doi: 10.1007/s11738-015-1904-x.
  8. Bybordi, A & Mamedov, B., (2010). Evaluation of application methods efficiency of zinc and iron for canola (Brassica napus L.). Notulae Scientia Biologicae, 2(1), 94-103. doi:10.15835/NSB213531.
  9. Stampar, F., Hudina, M., Dolenc, K & Usenik, V. (1998). Influence of foliar fertilization on yield quantity and quality of apple (Malus domestica borkh.). In: Anac, D., Martin-PrÉvel, P. (eds) Improved Crop Quality by Nutrient Management. Developments in Plant and Soil Sciences, vol 86. Springer, Dordrecht. doi:10.1007/978-0-585-37449-9_21.
  10. Motalebifard, R & Bayat, F. )2020(. Zinc and manganese nutrients influence on yield and qualitative attributes of Hamedan white garlic. Soil Applied Research, 2(2), 123-134. https://asr.urmia.ac.ir/article_120715.html.  [In Persian]
  11. Zare Pak Ziaberi1, S.S., & Majidian, M. (2022). Effects of zinc, boron, and sulfur on quantitative and qualitative characteristic of Allium sativum L. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 38(4), 592-607. doi:10.22092/ijmapr.2022.358786.3174. [In Persian]
  12. Razaq, T., Madiha, U., Najeebullah, M & Riaz, M. (2019(. Effect of zinc and boron on the growth and yield of gulabi variety of garlic (Allium sativum L.) under agro-climatic condition of Peshawar. International Journal of Agronomy and Agricultural Research, 14(1), 11-15.
  13. Islam, M.R., Uddin, M.K., Sheikh, M.H.R., Mian, M.A.K & Islam, M.Z. 2012(. Yield of garlic (Allium Sativum L.) under different levels of zinc and boron. SAARC Journal of Agriculture, 10(1), 55-62. https://www.cabidigitallibrary.org
  14. Singh, S., Ram, M & Yadav, N. (2014). Effect of phosphorus and zinc application on the growth and yield of geranium (Pelargonium graveolens L.) intercropped with garlic (Allium Sativum L.). Indian Journal of Agricultural Research, 48(1), 1-8. doi:10.5958/j.0976-058/X.48.1.001.

15- Aytac, Z., Gulmezoglu, N., Sirel, Z. & Tolay, I. (2014(. The effect of zinc on yield, yield components and micronutrient concentrations in the seeds of safflower genotypes (Carthamus tinctorius L.). Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 42 (1), 202-208. doi: 10.15835/nbha4219405.

  1. Lichtenthaler, H.­K. & Buschmann, C. (2001(. Chlorophylls and Carotenoids: Measurement and Characterization by UV-VIS Spectroscopy. In: Wrolstad, R.E., Acree, T.E., An, H., Decker, E.A., Penner, M.H., Reid, D.S., Schwartz, S.J., Shoemaker, C.F. and Sporns, P., Eds., Current Protocols in Food Analytical Chemistry (CPFA), John Wiley and Sons, New York, F4.3.1-F4.3.8.
  2. Martinez, J.P., Silva, H., Ledent, J.F & Pinto, M. (2007). Effect of drought stress on the osmotic adjustment, cell wall elasticity and cell volume of six cultivars of common beans (Phaseolus vulgaris L.). European Journal Agronomy, 26, 30-38. doi:10.1016/j.eja.2006.08.003.
  3. Dionisio-sese, M. L. & Tobita, S. (1998). Antioxidant responses of rice seeding to salinity stress. Plant Science, 135, 1-9. doi:10.1016/s0168-9452(98)00025-9.
  4. Bates, L. (1973). Rapid determination of free Proline for water stress studies. Plant and Soil, 39(1), 205-207. doi:10.1007/BF00018060.
  5. Heath, R.L. & Packer, L. (1968). Photoperoxidation in isolated chloroplast. I. Kinetics and stoichionetry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics, 125, 189-198. doi:10.1016/0003-9861(68)90657-1.

21.Nag, S., Saha, K. & Choudhuri, M.A. )2000(. A rapid and sensitive assay method for measuring amine oxidase based on hydrogen peroxide–titanium complex formation. Plant Science 157(1), 157‒163. doi:10.1016/S0168-9452(00)00281-8.

  1. Ghasemi, K., Akbarpour, V. & Mohammadi Azni, M. )2021(. Morphological and phytochemical response of garlic (Allium sativum) to nutrition of sulfur, humic acid and vermicompost. Horticultural Plants Nutrition, 3(1), 23-36. doi:10.22070/HPN.2020.4573.1032. [In Persian].

23.Rahmani, F., Sayfzadeh, S., Jabbari, H., Valadabadi, S. A. & Masouleh, E. H. (2019). Alleviation of drought stress effects on safflower yield by foliar application of zinc. International Journal of Plant Production 13(4), 297-308. doi: 10.1007/s42106-019-00055-7.

  1. Habibi, M., Majidian, M. & Rabiei, M., (2014). Effect of boron, zinc and sulfur elements on grain yield and fatty acid composition of rapeseed. Journal of Crops Improvement, 16(1), 69-84. doi:10.22059./jci.2014.51943.
  2. Singhal, U., Khanuja, M., Prasad, R. & Varma, A. (2017). Impact of synergistic association of ZnO-nanorods and symbiotic fungus Piriformospora indica DSM 11827 on Brassica oleracea var. botrytis (Broccoli). Frontiers in Microbiology, 8, 1909. . doi:10.3389./fmicb.2017.01909.
  3. Samreen, T., Shah, H. U., Ullah, S. & Javid, M. (2017). Zinc effect on growth rate, chlorophyll, protein and mineral contents of hydroponically grown mung beans plant (Vigna radiata). Arabian Journal of Chemistry, 7(10), 145-152. doi:10.1016/j.arabic.2013.07.005.
  4. Shirvani-Naghani, S., Fallah, S., Pokhrel, L.R. & Rostamnejadi, A. (2024). Drought stress mitigation and improved yield in Glycine max through foliar application of zinc oxide nanoparticles. Scientific Reports, 14(1), 27898. doi: 10.1038/s41598-024-78504-1.
  5. Yusefi-Tanha, E., Fallah, S., Pokhrel, L.R. & Rostamnejadi, A. (2023). Addressing global food insecurity: Soil-applied zinc oxide nanoparticles promote yield attributes and seed nutrient quality in Glycine max L. Science of the Total Environment. 876, 162762. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.162762.
  6. Shoja, T., Majidian, M. & Rabiee, M. (2018). Effects of zinc, boron and sulfur on grain yield, activity of some antioxidant enzymes and fatty acid composition of rapeseed (Brassica napus L.). Acta Agriculturae Slovenica 111, 73-84. doi:10.14720./aas.2018.111.1.08.
  7. Akbarpour, V., Ghasemi, K. & Mohammadi Azni, M. (2020). Investigating the effect of sulfur and silicon on some morphological and phytochemical properties of garlic. Journal of Plant Production Research, 24(4), 263-281. 10.22069/JOPP.2019.16626.2519. [In Persian]
  8. Helena C. & De Carvalho M. (2008). Drought stress and reactive oxygen species: production, scavenging and signaling. Plant Signaling and Behavior 3(3), 156-165. doi: 10.4161/psb.3.3.5536.