SUPERVISOR
Morteza Zahedi,Hamid Reza Eshghizadeh Samani,Parviz Ehsanzadeh
مرتضی زاهدی (استاد مشاور) حمیدرضا عشقی زاده سامانی (استاد راهنما) پرویز احسان زاده (استاد مشاور)
STUDENT
Masoome AbRahe
معصومه آب راهه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Evaluation of the response of two cultivated millet species to water and nitrogen deficit influenced by elevated CO2
Elevated carbon dioxide concentrations in the atmosphere may increase water-use efficiency in crops and mitigate yield losses brought about by climate change. On the other hand, water scarcity is the main limiting factor in the world. Therefore, under these conditions, application of nitrogen fertilizers requires proper management. The present study was conducted to investigate the physiological, biochemical and growth responses of two millet cultivars (Bastan and Pishahang) to different irrigation regimes (40% MAD "control", 75% MAD "drought 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 at IUT University, Iran. Compared to the ambient CO 2 concentration, elevated levels increased the concentrations of chlorophyll a (Chla), chlorophyll b (Chlb) and carotenoids (Car), membrane stability index (MSI), leaf relative water content (RWC), leaf area, plant height, root volume, root and shoot dry weights, shoot NUE and root nitrogen concentration, but decreased activity of antioxidant enzymes such as catalase (CAT), peroxidase (POD) and ascorbate peroxidase (APX), proline concentration, malondialdehyde (MDA) content, hydrogen peroxide concentration (H 2 O 2 ), shoot nitrogen concentration and root NUE. Water deficit, compared to control, increased activity of antioxidant enzymes such as CAT, POD and APX, proline, MDA and H 2 O 2 concentration, nitrogen concentration of shoot and root, but decreased Chla, Chlb and Car, MSI, RWC, leaf area, plant height, root volume, root and shoot dry weights, shoot and root NUE. Bastan indicated higher Chla, Chlb, Car, CAT activity, APX activity, MSI, RWC, plant height, H 2 O 2 concentration and nitrogen concentration of shoot and root relative to Pishahang cultivar. While, Pishahang showed a greater POD activity, proline concentration, MDA content, leaf area, shoot dry weight, root dry weight, root volume and NUE of shoot and root compared to Bastan cultivar. Elevated CO 2 under normal irrigation and water deficit levels, respectively, increased chlorophyll a (by 39 and 27%), chlorophyll b (by 43 and 24%), leaf relative water content (by 6% and 15%), leaf area (by 43% and 10%), and root dry weight (by 47% and 35%) but decreased the activity of catalase (by 35 and 17%), ascorbate peroxidase (by 25% and 30%), and the concentration of hydrogen peroxide (by 3% and 24%). N supplement affected the measured traits more notably under elevated level ccompared to the ambient CO 2 level. N supplement increased chlorophyll a by 27% and 38%, chlorophyll b by 17% and 31% and leaf area by 16% and 43% of the presence of 390 and 700 µmol mol -1 CO 2 , respectively. N supplement resulted in increases of 34% and 31% in chlorophyll a, 30% and 18% in chlorophyll b, 46% and 11% in leaf area and 27% and 15% in shoot dry weight and decreases of 8% and 5% in RWC and 2% and 29% in MDA at the presence of control and drought, respectively. There was significant difference in activityof antioxidant enzymes of the two millet cultivars in terms of their response to elevated CO 2 and increasing CO 2 concentration reduced the antioxidative activity of catalase and ascorbate peroxidase in Bastan more notably than Bishahang cultivar. The results showed that elevated CO 2 and N supplement may ameliorate the destructive effects of water deficit stress on the growth and physiological attributes of millet. Keywords: Antioxidant enzymes, Carbon dioxide, Climate change, Drought stress, Nitrogen supply.
افزایش غلظت دیاکسیدکربن هوا میتواند کارایی مصرف آب در گیاهان زراعی را افزایش داده و کاهش عملکرد ناشی از تغییر اقلیم را به شکل بارزی تعدیل نماید. این درحالی است که، کمبود آب مهم ترین عامل محدودکننده تولید گیاهان زراعی در جهان بهشمار میرود. بنابراین تحت این شرایط مدیریت صحیح مصرف کود نیتروژن نیز اهمیت زیادی دارد. مطالعه حاضر بهمنظور ارزیابی واکنشهای فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و رشد دو رقم ارزن (باستان و پیشاهنگ) تحت دو رژیم آبیاری (40 و 75 درصد حداکثرتخلیه مجازرطوبت قابل استفاده در خاک بهعنوان سطوح شاهد و تنش رطوبتی) 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، غلظت کلروفیل a، کلروفیل b و کارتنوئید، شاخص پایداری غشا، محتوای نسبی آب برگ، سطح برگ، ارتفاع گیاه، حجم ریشه، وزن خشک اندام هوایی و ریشه، کارایی مصرف نیتروژن در اندام هوایی و غلظت نیتروژن ریشه را افزایش داد، درحالیکه فعالیت آنزیمهای کاتالاز، پراکسیداز و آسکورباتپراکسیداز، غلظت پرولین، محتوای مالوندیآلدهید، غلظت پراکسیدهیدروژن، غلظت نیتروژن اندام هوایی و کارایی مصرف نیتروژن ریشه را کاهش داد. تنش کمبود آب فعالیت آنزیمهای کاتالاز، پراکسیداز و آسکورباتپراکسیداز، غلظت پرولین، محتوای مالوندیآلدهید، غلظت پراکسیدهیدروژن و غلظت نیتروژن اندام هوایی و ریشه را افزایش، اما غلظت کلروفیل a، کلروفیل b و کارتنوئید، شاخص پایداری غشا، محتوای نسبی آب برگ، سطح برگ، ارتفاع گیاه، حجم ریشه، وزن خشک اندام هوایی و ریشه و کارایی مصرف نیتروژن اندام هوایی و ریشه را کاهش داد. رقم باستان از نظر غلظت کلروفیل a، کلروفیل b و کارتنوئید، فعالیت آنزیمهای کاتالاز و آسکورباتپراکسیداز، شاخص پایداری غشا، محتوای نسبی آب برگ، ارتفاع گیاه، غلظت پراکسیدهیدروژن، غلظت نیتروژن اندام هوایی و ریشه نسبت به رقم پیشاهنگ برتری داشت. درحالیکه فعالیت آنزیم پراکسیداز، غلظت پرولین، محتوای مالوندیآلدهید، سطح برگ، وزن خشک اندام هوایی، ریشه و کل، حجم ریشه، کارایی مصرف نیتروژن اندام هوایی و ریشه در رقم پیشاهنگ نسبت به رقم باستان بیشتر بود. افزایش غلظت دیاکسیدکربن در شرایط آبیاری معمول و کمبود آب بهترتیب غلظت کلروفیل a (39 و 27 درصد)، کلروفیل b (43 و 24 درصد)، محتوای نسبی آب برگ (6 و 15 درصد)، سطح برگ (43 و 10 درصد) و وزن خشک ریشه (47 و 35 درصد) را افزایش ولی فعالیت آنزیم کاتالاز (35 و 17 درصد)، آسکورباتپراکسیداز (25 و 30 درصد) و غلظت پراکسیدهیدروژن (3 و 24 درصد) را کاهش داد. کاربرد کود نیتروژن در محیط غنیشده دیاکسیدکربن تاثیر بیشتری بر صفات مورد بررسی داشت. کاربرد نیتروژن در محیط معمول و غنیشده دیاکسیدکربن بهترتیب غلظت کلروفیل a (27 و 38 درصد)، کلروفیل b (17 و 31 درصد) و سطح برگ (16 و 43 درصد) را افزایش داد. کاربرد نیتروژن همچنین در شرایط آبیاری معمول و کمآبیاری بهترتیب غلظت کلروفیل a (34 و 31 درصد)، کلروفیل b (30 و 18 درصد)، سطح برگ (46 و 11 درصد) و وزن خشک اندام هوایی (27 و 15 درصد) را افزایش داد، درحالیکه محتوای نسبی آب برگ (8 و 5 درصد) و محتوای مالوندیآلدهید (2 و 29 درصد) را کاهش داد. اختلاف معنیداری در فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان ارقام ارزن در پاسخ به افزایش غلظت دیاکسیدکربن مشاهده شد بهطوریکه غنیشدن دیاکسیدکربن، فعالیت آنزیمهای کاتالاز و آسکورباتپراکسیداز در رقم باستان را نسبت به رقم پیشاهنگ بیشتر کاهش داد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت دیاکسیدکربن و کاربرد کود نیتروژن اثرات مخرب تنش کمبود آب بر صفات مورد بررسی را تعدیل نموده و رشد گیاه ارزن را تقویت کردند. کلمات کلیدی : تغییر اقلیم، دیاکسیدکربن، تنش خشکی، آنزیمهای آنتیاکسیدانی، کاربرد نیتروژن