SUPERVISOR
Hasan Karemmojeni,Hamid Reza Eshghizadeh Samani,Jamshid Razmjoo ghalaie
حسن کریم مجنی (استاد مشاور) حمیدرضا عشقی زاده سامانی (استاد راهنما) جمشید رزمجو (استاد مشاور)
STUDENT
Fatemeh Saeb
فاطمه صائب
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Evaluation of the Response of Two Cultivated Millet Species to Salinity Stress and Nitrogen Limitation under Elevated CO2
Rising carbon dioxide concentrations in the atmosphere, elevated temperature and increasing the salinity of water and soil resources due to the reduction of rainfall are the major consequences of climate change in Iran. Under such conditions, adoption of proper management practices for application of nitrogen fertilizers as the most important nutrient element in plants becomes crucial. Furthermore, millets are important crops in thelanting patterdue to short growing season, and productivity under drought conditions. The present study was conducted to investigate the physiological, biochemical and growth responses of two millet cultivars (Bastan and Pishahang) under different irrigation water salinity (0 "control", 90 mM NaCl "salinity stress") and nitrogen nutrition levels (0 and 85 mg kg -1 , nitrogen from Urea fertilizer, N= 45%) as afactorial experiment arrangedin acompletely randomized design with three replications under two separate environments (ambient (390±50) and elevated air carbon dioxide concentrations (700±50 µmol mol -1 ) in 2016. Compared to the ambient CO 2 concentration, elevated levels significantly increased leaf area, concentrations of chlorophyll a (Chla), chlorophyll b (Chlb) and carotenoids (Car), root volume, shoot (N Shoot ) and root nitrogen concentration (N root ), root and shoot dry weights, but decreased proline concentration (Pro) and malondialdehyde (MDA) content. Salinity stress of 90 mM NaCl, compared to non-saline condition, increased Pro, protein content, MDA, sodium (Na + ), potassium (K + ), and calcium (Ca ++ ) concentrations in the root and shoot and N root , but decreased Chla, Chlb, Car, Fv/Fm, root volume, nitrogen concentration of shoot and root and shoot dry weights. N supply as compared with the no-treatment improved leaf area, Chla, Chlb, Car, Pro, protein content, root volum, N Root , N Shoot , root and shoot dry weights, but reduced Na + Shoot . Bastan indicated higher Chla (21%), Chlb (20%), Car (27%), Fv/Fm (5%), K + Root (14%), Ca ++ Root (22%), N Root (10%), Na + Shoot (16%), K + Shoot (13%), Ca ++ Shoot (34%) and N Shoot (17%) relative to Pishahang cultivar. While, Pishahang showed greater leaf area (14%), Pro (8%), MDA (15%), root volume (21%), root (11%) and shoot dry weights (19%) compared to Bastan cultivar. Salinity stress under ambient and elevated CO 2 , respectively, increased Pro (by 12% and 10%), Ca ++ Root (by 76% and 139%), N Root (by 15% and 23%), K + Shoot (by 34% and 55%) and Ca ++ Shoot (by 135 and 252%), but decreased Chla (by 39% and 4%), Chlb (by 15% and 2%), root volume (by 14% and 2.5%), root dry weight (by 66% and 15%) and shoot dry weight (by 25% and 9%). N supply increased leaf area by 14% and 86%, Chla by 30% and 42%, Chlb by 16% and 43%, root dry weight by 62 and 4% and shoot dry weight by 26% and 36% at the presence of CO 2 concentrations of 390 and 700, respectively. Both millet cultivarrespondedositively to elevated CO 2 , but Pishahang cultivar showed agreater[CO2]response. N supply under elevated CO 2 had a greater effect on shoot dry weight compared to ambient CO 2 concentration. Under ambient CO 2 , N supply increased root dry weight by 41% and 15% and shoot dry weight by 29 and 41% in Bastan and Bishahang cultivars, respectively. The highest shoot dry weight of 15.6 g plant -1 obtained under elevated CO 2 and 85 mg kg -1 N supply in Pishahang cultivar, and the lowest of 7.57 g plant -1 belonged to Bastan cultivar grown under ambient CO 2 and on-fertilizer N supply. It was concluded that the growth of millet is affected by the interaction of atmospheric carbon dioxide concentration with salinity and nitrogen condition, and elevated CO 2 is potent to modulate the destructive effects of salinity stress on the growth of this C 4 fodder crop. Keywords: Calcium concentration, Carbon dioxide, Climate change, Genetic diversity, Malondialdehyde content, Salinity stress
افزایش غلظت دی اکسید کربن محیط، بالا رفتن میانگین دما و افزایش شوری منابع آب و خاک در اثر کاهش بارندگی ها از پیامدهای مهم تغییر اقلیم در کشور محسوب می شود. در چنین شرایطی مدیریت مناسب کود نیتروژن به عنوان مهمترین عنصر غذایی گیاه در افزایش تولید گیاهان زراعی موثر است. همچنین گیاه ارزن با توجه به دوره رشد کوتاه و بهرهوری تولید در شرایط خشکسالی در الگوی کاشت اهمیت بیشتری می یابد. مطالعه حاضر بهمنظور ارزیابی واکنشهای فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و رشد دو رقم ارزن (باستان و پیشاهنگ) تحت دو سطح شوری آب آبیاری (صفر و 90 میلی مولار سدیم کلرید) و دو سطح کود نیتروژن (0 و 85 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک از منبع اوره با 45% نیتروژن) بهصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در دو محیط متفاوت از نظر غلظت دیاکسیدکربن (390 و 700 میکرومول بر مول) در دانشگاه صنعتی اصفهان در سال 1395 اجرا شد. نتایج نشان داد که در مقایسه با شرایط معمول، افزایش غلظت دیاکسیدکربن محیط، سطح برگ، غلظت کلروفیل a، کلروفیل b، کارتنوئید، حجم ریشه، غلظت نیتروژن ریشه، غلظت نیتروژن اندام هوایی، وزن خشک ریشه و اندام هوایی را به طور معنیداری افزایش و غلظت پرولین و مالون دیآلدهید را کاهش داد. تنش شوری، غلظت پرولین، پروتیین، مالون دیآلدهید، غلظت سدیم، پتاسیم،کلسیم ریشه و اندام هوایی و غلظت نیتروژن ریشه را افزایش، اما غلظت کلروفیل a، کلروفیل b، کارتنوئید، نسبت کارایی کوانتومی فتوسیستم(Fv/Fm)، حجم ریشه، غلظت نیتروژن اندام هوایی، وزن خشک ریشه و اندام هوایی را کاهش داد. کاربرد کود نیتروژن سطح برگ، غلظت کلروفیل a، کلروفیل b، کارتنوئید، پرولین، پروتیین، حجم ریشه، غلظت نیتروژن ریشه، غلظت نیتروژن اندام هوایی و وزن خشک ریشه و اندام هوایی را افزایش داد، در حالی که غلظت سدیم در اندام هوایی را کاهش داد. رقم باستان از نظر غلظت کلروفیل a(21%)، کلروفیل b (20%) و کارتنوئید (27%)، Fv/Fm (5%)، غلظت پتاسیم (14%)، کلسیم (22%) و نیتروژن ریشه (10%)، غلظت سدیم (16%)، پتاسیم (13%)، کلسیم (34%) و نیتروژن اندام هوایی (17%) نسبت به رقم پیشاهنگ برتری داشت. درحالیکه سطح برگ (14%)، غلظت پرولین (8%)، مالون دیآلدهید (15%)، حجم ریشه (21%)، وزن خشک ریشه (11%) و اندام هوایی (19%) در رقم پیشاهنگ نسبت به رقم باستان بیشتر بود. تنش شوری در شرایط دیاکسید کربن معمول و غنیشده به ترتیب غلظت پرولین (12 و 10 درصد)، غلظت کلسیم ریشه (76 و 139 درصد)، غلظت نیتروژن ریشه (15 و 23 درصد)، غلظت پتاسیم اندام هوایی (34 و 55 درصد) و غلظت کلسیم اندام هوایی (135 و 252 درصد) را افزایش ولی غلظت کلروفیل a (39 و 4 درصد)، کلروفیل b (15 و 2 درصد)، حجم ریشه (14 و 5/2 درصد)، وزن خشک ریشه (66 و 15 درصد) و اندام هوایی (25 و 9 درصد) را کاهش داد. کاربرد نیتروژن در محیط معمول و غنیشده دیاکسیدکربن بهترتیب سطح برگ (14 و 86 درصد)، غلظت کلروفیل a (30 و 42 درصد)، کلروفیل b (16 و 43 درصد)، وزن خشک ریشه (62 و 4 درصد) و اندام هوایی (26 و 36 درصد) را افزایش داد. هر دو رقم ارزن نسبت به افزایش غلظت دیاکسید کربن واکنش مثبت نشان دادند ولی میزان این پاسخ در رقم پیشاهنگ بیشتر بود. کاربرد نیتروژن تحت شرایط دیاکسیدکربن غنیشده نسبت به غلظت معمول، تاثیر بیشتری بر افزایش وزن خشک اندام هوایی داشت. در شرایط دیاکسیدکربن معمول محیط، کاربرد نیتروژن در ارقام باستان و پیشاهنگ وزن خشک ریشه را بهترتیب 41 و 15 درصد و تحت شرایط دیاکسیدکربن غنیشده بهترتیب 29 و 41 درصد افزایش داد. بیشترین وزن خشک اندام هوایی تحت شرایط دیاکسیدکربن غنیشده و با مصرف 85 میلیگرم نیتروژن در رقم پیشاهنگ بهمقدار 6/15 گرم در بوته و کمترین آن تحت شرایط دیاکسیدکربن معمول، عدم مصرف نیتروژن و در رقم باستان بهمقدار 57/7 گرم در بوته به دست آمد. نتایج نشان داد که رشد ارقام ارزن تحت تاثیر برهمکنش اثرات دیاکسید کربن با شوری و نیتروژن قرار داشته و افزایش غلظت دیاکسیدکربن میتواند اثرات مخرب تنش شوری بر رشد گیاه ارزن را تعدیل نماید. کلمات کلیدی: تغییر اقلیم، تنوع ژنتیکی، دیاکسیدکربن، تنش شوری، مالون دیآلدهید، غلظت کلسیم