SUPERVISOR
Hamid Reza Eshghizadeh Samani,Morteza Zahedi,Hossein Shariatmadari
حمیدرضا عشقی زاده سامانی (استاد راهنما) مرتضی زاهدی (استاد مشاور) حسین شریعتمداری (استاد مشاور)
STUDENT
Zhaleh Sadeghzadeh
ژاله صادق زاده
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
The Evaluation of Dry Matter and Nitrogen Partitioning Coefficients in Sorghum under Elevated Air CO2 Concentration and Temperature
The cultivation of sorghum in Iran is recently becoming more important according to the climate change and water shortage crisis. Besides, it is necessary to investigate the effects of climate change factors such as increasing air CO 2 concentration and temperature on plant growth and yield. Under this conditions the proper management and improving the utilization efficiency of nitrogen fertilizers is important. Two pot experiments were therefore conducted in greenhouse to assess the effects of CO 2 concentration, temperature and nitrogen supply on the growth, dry matter partitioning and some physiological traits of IUA 3 sorghum line. Both experiments were carried out based on completely randomized design with three replications. In the first experiment, treatments were included four levels of nitrogen (0, 50, 100 and 150 mg kg -1 from ammonium nitrate source, N=34.4%) and two temperature regimes; ambient (25 ± 3°C) and elevated (35 ± 3°C) temperature. The results showed that increasing temperature decreased leaf stomatal conductance (0.14%), plant leaf area (19.5%), chlorophyll a concentration (4.26%), chlorophyll b concentration (31.1%), carotenoid concentration (8.03%), leaf protein concentration (2.85%), root dry weight (29.9%), shoot dry weight (27.0%), nitrogen use efficiency of root (5.08%) and shoot (20.9%), but increased shoot (16.7%) and root (5.18%) nitrogen concentration. The effect of increased temperature on stomatal conductance and leaf protein concentration was dependent on the level of applied nitrogen. Elevated temperature led to 3.43 (40%) and 17.0 mmol m -2 s -1 (63%) decreases in leaf stomatal conductance at 0 and 100 mg kg -1 N, respectively. However, at 50 and 150 mg kg -1 N leaf stomatal conductance was increased 11.1 (100%) and 10.2 mmol m -2 s -1 (115%). Leaf protein concentration was increased at elevated temperature by 0.009 g kg -1 (9.28%) under 50 mg kg -1 N but decreased by 0.018 g kg -1 (16.8%) at 100 mg kg -1 N. Elevated temperature had no significant effect on leaf protein concentration under 0 and 150 mg kg -1 N treatment. Nitrogen supply reduced the negative effects of elevated temperature on the root dry weight. Elevated temperature decreased root dry weight 0.957g (64%), 0.620 g (17%), 0.86 g (21%) and 0.52 (14%) at 0, 50, 100 and 150 mg kg -1 N, respectively. The positive effect of nitrogen fertilizer on shoot growth was higher at elevated than at ambient temperature. Under this experimental condition, the maximum shoot dry matter was obtained with application of 100 mg kg -1 N at ambient temperature but with supply of 150 mg kg -1 N at elevated temperature. In the second experiment, plants were evaluated at four levels of nitrogen (0, 50, 100 and 150 mg kg -1 ), two air carbon dioxide concentrations (ambient CO 2 of 390 ± 50 µmol mol -1 and enriched CO 2 of 700 ± 50 µmol mol -1 ) and two air temperatures (ambient temperature of 25 ± 3°C and elevated temperature of 35 ± 3°C). The results showed that the effect of elevated temperature on root growth was dependent on the air CO 2 concentration. Increasing temperature decreased root dry weight under enriched CO 2 concentration but increased it under ambient CO 2 condition. Carbon dioxide enrichment increased root (6.96%, insignificant) and shoot (27.0 %) dry weight. Elevated CO 2 concentration decreased the mean ratio of shoot/total biomass under all applied N treatments but increased it when no N was added to the soil. In conclusion, these results suggest that the amount of nitrogen fertilizer to gain high biomass production in sorghum depends on air carbon dioxide concentration and temperature. These findings are potent to benefit breeding programs and the management strategies for mitigating the influence of climate change on sorghum production. Key words : Assimilate partitioning, air carbon dioxide, climate change, high temperature, sorghum, nitrogen use efficiency.
با توجه به شرایط اقلیمی و تشدید بحران کمآبی در کشور کشت گیاه سورگوم اهمیت بیشتری یافته است. از سوی دیگر شناسایی اثرات مؤلفههای مؤثر در تغییر اقلیم مانند افزایش غلظت دیاکسید کربن و درجه حرارت محیط بر رشد و عملکرد گیاه ضروری است. تحت این شرایط مدیریت صحیح و افزایش راندمان مصرف کودهای حاوی نیتروژن اهمیت زیادی دارد. لذا، این مطالعه گلدانی در قالب دو آزمایش گلخانه ای به منظور ارزیابی اثر دما، غلظت دیاکسیدکربن هوا و سطوح مختلف نیتروژن خاک و برهمکنش آنها بر رشد، تسهیم ماده خشک و برخی صفات فیزیولوژیکی لاین IUA 3 سورگوم در سال 1394 به اجرا درآمد. آزمایش اول با چهار سطح نیتروژن (صفر، 50، 100 و150 میلیگرم درکیلوگرم از منبع نیترات آمونیوم با 4/34 درصد نیتروژن) در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در دو محیط یکی با دمای معمول (±3 25 درجه سانتیگراد) و دیگری با دمای افزایش یافته (3± 34 درجه سانتیگراد) انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش دما هدایت روزنهای برگ (14/0 درصد)، سطح برگ (5/19 درصد)، غلظت کلروفیل a (26/4 درصد)، غلظت کلروفیل b (1/31 درصد)، غلظت کارتنوئید (03/8 درصد)، غلظت پروتئین برگ (85/2 درصد)، وزن خشک ریشه (9/29 درصد)، وزن خشک اندام هوایی (0/27 درصد)، کارایی مصرف نیتروژن ریشه (08/5 درصد) و کارایی مصرف نیتروژن اندام هوایی (9/20 درصد) کاهش ولی غلظت نیتروژن اندام هوایی (7/16 درصد) و ریشه (18/5 درصد) افزایش یافت. تأثیر افزایش دما بر هدایت روزنهای و غلظت پروتئین برگ به میزان نیتروژن در خاک وابسته بود. افزایش دما هدایت روزنهای برگ را در سطوح صفر و 100 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک به ترتیب 43/3 (%40) و 0/17 (63%) میلیمول بر مترمربع در ثانیه کاهش ولی در سطوح 50 و 150 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک 1/11 (%100) و 2/10 (115%) افزایش داد. غلظت پروتئین برگ در اثر افزایش دما در سطح 50 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک 009/0 (28/9+%) گرم در کیلوگرم افزایش ولی در سطح 100 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک 018/0 (8/16-%) کاهش یافت. تاثیر افزایش دما بر غلظت پروتئین برگ در شرایط عدم مصرف کود یا شاهد و مصرف 150 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک معنی دار نبود. تأثیر کود نیتروژن بر افزایش رشد اندام هوایی در شرایط دمای افزایشیافته بیش از دمای معمول بود. تحت شرایط این آزمایش بیشترین وزن خشک بخش هوایی گیاه در شرایط دمای معمول و افزایشیافته به ترتیب با مصرف 100 و 150 میلیگرم نیتروژن در کیلوگرم خاک به دست آمد. آزمایش دوم با چهار سطح نیتروژن (0، 50، 100 و 150 میلیگرم در کیلو گرم) در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در چهار محیط متفاوت از نظر غلظت دیاکسید کربن و دما (غلظت 390 میکرومول بر مول دیاکسید کربن و دمای 3± 25 درجه سانتیگراد، غلظت 390 میکرومول دیاکسید کربن و دمای 3± 34 درجه، غلظت 700 میکرومول دیاکسیدکربن و دمای 3± 25 درجه، غلظت 700 میکرومول دیاکسید کربن و دمای 3± 34 درجه) انجام شد. نتایج نشان داد تأثیر افزایش دما بر وزن ریشه به غلظت دیاکسید کربن محیط وابسته بود. با افزایش دمای محیط وزن خشک ریشه در شرایط غلظت معمول دیاکسید کربن کاهش ولی در شرایط غنیشده غلظت دیاکسید کربن افزایش یافت. غنیسازی غلظت دیاکسیدکربن هوا موجب افزایش 96/6 (غیرمعنیدار) و 27 درصدی به ترتیب وزن خشک بخش هوایی و ریشه گردید. افزایش غلظت دیاکسید کربن محیط در کلیه سطوح کاربرد نیتروژن سهم بخش هوایی از وزن خشک کل گیاه را کاهش ولی در شرایط عدم مصرف کود نیتروژن سهم آن را افزایش داد. به طور کلی، در این مطالعه مقدار کود نیتروژن جهت دستیابی به بالاترین تولید در گیاه سورگوم به طور بارزی به غلظت دیاکسیدکربن و دمای محیط وابسته بود. یافتههای این تحقیق میتوانند در برنامههای اصلاحی و راهبردهای مدیریتی به منظور تعدیل اثرات تغییر اقلیم بر تولید سورگوم مد نظر قرار گیرند. کلمات کلیدی: تسهیم مواد فتوسنتزی، تغییر اقلیم، دیاکسید کربن، دمای بالا، سورگوم، کارایی مصرف کود نیتروژن