تاثیر محلول‌پاشی نانوآهن بر عناصر معدنی و نیتروژن مضر ریشه و ارتباط آن با عملکرد قند چغندرقندL.) Beta vulgaris)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

3 استادیار گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

چکیده

به­منظور ارزیابی تاثیر محلول پاشی نانو آهن بر عناصر معدنی و نیتروژن مضر ریشه و ارتباط آن با عملکرد قند چغندرقند L.)  Beta vulgaris)در مراحل رویشی، آزمایشی به­صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوک­های کامل تصادفی با 3 تکرار در بهار 1390 در مزرعه تحقیقاتی کارخانه آذر قند نقده انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل محلول­پاشی نانو آهن با مقادیر (صفر، 1، 2 و 3 در هزار) در مراحل مختلف رشد گیاه (20، 40، 60، 80 و100 درصد پوشش زمین) بود. نتایج تجزیه واریانس داده­ها نشان داد که اثر متقابل بین مقادیر آهن و مراحل محلول­پاشی روی میزان سدیم، پتاسیم و  نیتروژن مضر ریشه، درصد قند (عیار)، عملکرد ریشه (وزن تر ریشه) و همچنین عملکرد قند معنی­دار بود. بیشترین مقدار سدیم ریشه (71/0 درصد) و پتاسیم ریشه (05/8 درصد) در محلول­پاشی با غلظت 2 در هزار و در 40 درصد پوشش سطح زمین و بیشترین مقدار نیتروژن مضر (11/1 درصد) در محلول­پاشی با  غلظت 3 در هزار و در 60 درصد پوشش سطح زمین حاصل شد. با افزایش مقادیر آهن تا 2 و 3 در هزار، عیار قند (درصد قند) نسبت به شاهد افزایش پیدا کرد. بیشترین عملکرد وزن­تر ریشه (136570 کیلوگرم در هکتار) از تیمار محلول پاشی 3 در هزار آهن در مرحله 20 درصد پوشش زمین به­دست آمد که تفاوت معنی­داری با مقادیر 1 و 2 در هزار آهن در مرحله 80 درصد پوشش زمین نداشت. بیشترین عملکرد قند (30586 کیلوگرم در هکتار) از محلول­پاشی آهن با غلظت 2 در هزار و در مرحله 80 درصد پوشش زمین به ­دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of nano-iron foliar application on mineral elements and root α-aminose and its relation with yield in sugar beet (Beta vulgaris L.)

نویسندگان [English]

  • Alireza Pirzad 1
  • Mahmood Mazlomi 2
  • Mohammad Reza Zardashti 3
1 Associated Professor, Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia-Iran.
2 MSc. Former Student, Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia- Iran.
3 Assistant Professor, Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia-Iran.
چکیده [English]

To investigate effect of iron spraying on sugar beet (Beta vulgaris L.) leaves at different growth stages, a factorial experiment was conducted based on randomized complete block design with three replications at the Research Farm of Beet Sugar Naghadeh in spring 2011. Treatments were foliar application of Nano-Iron (0, 1, 2 and 3 g/l) at different growth stages (20, 40, 60, 80 and 100 % of ground cover). Results of analysis of variance showed that interaction effects between amounts and spraying stages had significant effects on the content of sodium, potassium, α-aminose of root, percentage of sugar, root yield (fresh weight) and sugar yield. The highest sodium content of root (0.71 %), and the highest potassium content (8.05 %) were obtained by 2 g/l iron spray at 40 % ground cover. And the maximum α-aminose percentage (1.11 %) was obtained by 3 g/l foliar application at 60 % of ground cover. Sugar percent rise up by higher foliar application (2 and 3 g/l) in comparison with control treatment. The highest yield of root (136570 kg/ha) was obtained from 3 g/l foliar application at 20 % of ground cover with no significant differences with 1 and 2 g/l spraying at 80% ground cover. The highest yield of sugar (30586 kg/ha) was occurred at 2 g/l of iron used in 80% ground cover.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano-iron
  • Sugar percentage
  • Beta vulgaris
  • Root yield
  • α-aminose

تاثیر محلول­پاشی نانوآهن بر عناصر معدنی و نیتروژن مضر ریشه و ارتباط آن با عملکرد قند چغندرقندL.)  Beta vulgaris)

 

Effect of nano-iron foliar application on mineral elements and root α-aminose and its relation with yield in sugar beet(Beta vulgaris L.)

 

علیرضا پیرزاد1*، محمود مظلومی2، محمدرضا زردشتی3

 

1-دانشیار گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

 2-دانش آموخته کارشناسی ارشد زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

  3- استادیار گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

                                    *نویسنده مسئول: a.pirzad@urmia.ac.ir

 

تاریخ دریافت: 01/03/92                                                                                         تاریخ پذیرش: 29/05/92

 

چکیده

به­منظور ارزیابی تاثیر محلول پاشی نانو آهن بر عناصر معدنی و نیتروژن مضر ریشه و ارتباط آن با عملکرد قند چغندرقند L.)  Beta vulgaris)در مراحل رویشی، آزمایشی به­صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوک­های کامل تصادفی با 3 تکرار در بهار 1390 در مزرعه تحقیقاتی کارخانه آذر قند نقده انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل محلول­پاشی نانو آهن با مقادیر (صفر، 1، 2 و 3 در هزار) در مراحل مختلف رشد گیاه (20، 40، 60، 80 و100 درصد پوشش زمین) بود. نتایج تجزیه واریانس داده­ها نشان داد که اثر متقابل بین مقادیر آهن و مراحل محلول­پاشی روی میزان سدیم، پتاسیم و  نیتروژن مضر ریشه، درصد قند (عیار)، عملکرد ریشه (وزن تر ریشه) و همچنین عملکرد قند معنی­دار بود. بیشترین مقدار سدیم ریشه (71/0 درصد) و پتاسیم ریشه (05/8 درصد) در محلول­پاشی با غلظت 2 در هزار و در 40 درصد پوشش سطح زمین و بیشترین مقدار نیتروژن مضر (11/1 درصد) در محلول­پاشی با  غلظت 3 در هزار و در 60 درصد پوشش سطح زمین حاصل شد. با افزایش مقادیر آهن تا 2 و 3 در هزار، عیار قند (درصد قند) نسبت به شاهد افزایش پیدا کرد. بیشترین عملکرد وزن­تر ریشه (136570 کیلوگرم در هکتار) از تیمار محلول پاشی 3 در هزار آهن در مرحله 20 درصد پوشش زمین به­دست آمد که تفاوت معنی­داری با مقادیر 1 و 2 در هزار آهن در مرحله 80 درصد پوشش زمین نداشت. بیشترین عملکرد قند (30586 کیلوگرم در هکتار) از محلول­پاشی آهن با غلظت 2 در هزار و در مرحله 80 درصد پوشش زمین به­دست آمد.

 

واژه­های کلیدی: آهن نانو، پتاسیم، درصد قند، سدیم، عملکرد ریشه


 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

قند یا ساکارز در کشورهای جهان سوم که از سایر منابع انرژی زا محروم هستند، یکی از عمده­ترین نیازهای غذایی مردم بوده و می­تواند نقش مهمی در زندگی آنها داشته باشد (Kocheky & Soltani, 1994). مهم­ترین منبع تامین­کننده ساکارز، نیشکر و چغندرقند می­باشد. چغندرقند یکی از منابع اصلی ایجاد درآمد برای کشاورزان ایران بوده و نقش مهمی در تولید ناخالص کشور ایفا می­نماید. هم­اکنون این گیاه در 20 استان کشور و توسط حدود 95 هزار بهره­بردار و در سطح 186 هزار هکتار کشت شده و از کل شکر تولیدی در کشور بیش از 55 درصد آن از چغندرقند تامین می­شود (Seyed Sharifi, 2009).

چغندرقند با نام علمی .Beta vulgaris L، گیاهی است دیپلوئید (18n=2) و دو ساله از تیره اسفناج (Chenopodiaceae)، که به­صورت گیاهی یکساله و برای تولید ریشه ذخیره­ای کشت می­شود. بخش فوقانی ضخیم شده و ذخیره­ای ریشه که محصول زراعی چغندر قند را تشکیل می­دهد، شامل طوقه که تجمعی از میانگره­های رشد نیافته و به حالت روزت است، و از این بخش برگ­ها در سال اول و ساقه­ها در سال دوم منشا می­گیرند. در برش عرضی ریشه چغندر 8 تا 12حلقه هم مرکز به رنگ­های تیره و روشن دیده می­شود که لایه­های تیره رنگ و فیبری شامل آوندهای چوبی است و دوایر روشن شامل سلولهای پارانشیمی کوچکی هستند که ذخیره قند در آن­ها انجام می­شود (Kocheky & Soltani, 1994).

محلول خاک تامین­کننده اکثریت قریب به اتفاق عناصر غذایی مورد نیاز گیاه بجز H2 و O2 می­باشد. نیاز گیاهان به عناصر کم مصرف مثل آهن، روی و مس، همانند عناصر پر مصرف (نیتروژن، فسفر و پتاسیم)    می­باشد و بدون آنها قادر به ادامه حیات نمی­باشند (Salardini & Murphy, 1978). نقش منفی حضور بی­کربنات در بافت­های گیاهی، از جمله ریشه، آوند چوبی، رگبرگ­ها و سلول­های برگ در مسیر حرکت آهن در این بافت­ها باعث عدم امکان احیا و جذب آن شده و علائم کلروز را موجب می­شود. همانند خاک وجود بی­کربنات در اندام گیاهی باعث افزایش میزان  آپوپلاست سلول­ها شده و افزایش میزان آهن به شکل غیرفعال را موجب می­گردد (Hecht-Buchholz & Ortmann, 1986). آهن یکی از عناصر ضروری برای رشد تمامی گیاهان است و در صورت کمبود آن کلروفیل به مقدار کافی در سلول­های برگ تولید نمی­شود و برگها رنگ پریده بنظر می­رسند. زردی برگ ناشی از آهک، شکل خاصی از کمبود آهن در گیاه است که بخش وسیعی از ایران را  فرا گرفته است (Malakouti & Tehrani, 1999).

ونخاده (Vankhadeh, 1999) در بررسی بر هم کنش آهن و روی بر ذرت گزارش کرد، که گیاه بر اثر مصرف فسفر زیاد دچار کمبود روی شده بود، توانست با انباشتن مقدار زیادی آهن با این کمبود مقابله نماید. سالاردینی و مورفی (Salardini & Murphy, 1978) گزارش کردند که در خاک با کمبود آهن، رشد ریشه سورگوم به شدت در شرایط کمبود آهن محدود شد، به طوری که در طول 4 روز حذف آهن، سرعت رشد ریشه کمتر از 36 درصد در مقایسه با شرایط بدون کمبود آهن (کاربرد آهن به صورتFe EDDHA ) بود. کلروفیل برگی نیز بواسطه کمبود آهن کاهش یافت، طوری­که در طول 7 روز از فقدان آهن میزان کلروفیل  به حدود 30 درصد کاهش یافت (Salardini & Murphy, 1978).

با توجه به تاثیر آهن بر میزان تجمع عناصر معدنی در گیاهان و اثر بعدی این تجمع روی میزان سنتز، تجمع و قابلیت استخراج قند از ریشه چغندرقند، بررسی تاثیر مقادیر آهن نانو در مراحل مختلف رشد بر میزان تجمع عناصر معدنی و قند ریشه ضرورت دارد و هدف اصلی این مطالعه می­باشد.

 

مواد و روش­ها

این آزمایش در بهار سال 1390 در مزرعه تحقیقاتی کارخانه آذر قند نقده واقع در شهرستان نقده، با مختصات جغرافیایی 37 درجه و 22 دقیقه و طول جغرافیایی 45 درجه و 27 دقیقه و در ارتفاعی برابر  1286 متر از سطح دریا اجرا گردید. این منطقه دارای آب و هوای نیمه­خشک بوده و میانگین نزولات جوی سالانه 225 میلی­متر در سال می­باشد. آزمایش به­صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوکهای کامل تصادفی با 3 تکرار انجام شد. تیمارهای مورد آزمایش شامل محلول­پاشی نانو آهن به صورت کود نانو کلات آهن خضراء، تهیه شده از شرکت احرار شرق با مقادیر (صفر، 1، 2 و 3 در هزار) و مراحل مختلف رشد گیاه (20، 40، 60، 80 و 100 درصد پوشش زمین) بودند. مراحل مختلف رشد، یعنی درصد پوشش سبز زمین، نسبت زمین پوشده شده با بخش هوایی چغندر در واحد سطح می­باشد. واحدهای آزمایشی (کرت­ها) شامل 5 ردیف چغندرقند رقم آذر به طول 500 سانتی­متر و فواصل کشت ردیف­ها 60 سانتی­متر و بوته­ها روی ردیف 15 سانتی­متر بود. جهت ثبت صفات مورفولوژیک و فیزیولوژیک از 5 بوته در هر واحد آزمایشی که در مرحله رسیدگی برای برداشت و استحصال قند قرار داشتند، استفاده شد. برای به­دست آوردن عملکرد در واحد سطح، برداشت نهایی از سطح 2 مترمربع از هر واحد آزمایشی انجام شد. اندازه­گیری سدیم، پتاسیم و نیتروژن ریشه با قرار دادن نمونه­های خمیر در دستگاه بتالایزر به­دست آمدند. دستگاه بتالایزر مخصوص چغندرقند از نوع Dr. CRENSHEN درصد ساکارز را بر اساس طول موج 589 نانومتر نشان می­دهد. برای تهیه شیره 26 گرم از خمیر چغندرقند با 8/177 میلی­لیتر محلول استات­سرب رقیق شده بعد از به­هم­زدن به مدت دو دقیقه و صاف نمودن شیره عصاره در لوله پلاریمتر به طول 200 میلی­متر خوانده می­شود (Shaykh al-islam, 1997). برای اندازه­گیری سدیم و پتاسیم از فلیم فتومتر بتالایزر و برای اندازه­گیری نیتروژن مضر از قسمت تستامین بتالایزر استفاده می­گردد. این سه دستگاه به­طور همزمان روی نمونه آنالیز را انجام می­دهند (Shaykh al-islam, 1997). تجزیه واریانس داده­ها براساس امید ریاضی طرح پایه و با استفاده از نرم­افزار SAS9.1 انجام شد. مقایسه میانگین داده­ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.

 

نتایج و بحث

نتایج تجزیه ­واریانس داده­ها نشان داد که اثر متقابل بین مقادیر آهن و مراحل محلول­پاشی بر روی میزان سدیم، پتاسیم، نیتروژن مضر ریشه، درصد قند (عیار)، عملکرد ریشه (وزن تر ریشه) و همچنین عملکرد قند در سطح احتمال 1 درصد معنی­دار بود (جدول 1).

بیشترین مقدار سدیم ریشه (71/0 درصد) در محلول پاشی با غلظت 2 در هزار و در 40 درصد پوشش سطح زمین مشاهده شد که تفاوت معنی­داری با تیمار بدون محلول­پاشی در 80 درصد پوشش سطح زمین نداشت. کمترین مقدار سدیم ریشه (35/0 درصد) در تیمارهای 2 در هزار و مراحل 20، 80 و 100 درصد پوشش سطح زمین مشاهده شد که تفاوت معنی­داری با تیمار شاهد (بدون محلول­پاشی) در مرحله 100 درصد پوشش سطح زمین نداشت. به­دلیل نزدیکی مقادیر سدیم ریشه در ترکیبات تیماری، کاهش معنی­دار آن فقط در محلول­پاشی 2 و 3 در هزار آهن در مراحل انتهایی رشد (پس از 60 درصد پوشش زمین) نسبت به شاهد قابل توجه می­باشد. ولی در سطوح بدون محلول­پاشی بالاترین مقادیر سدیم در ریشه چغندر قند تجمع یافت و محلول­پاشی در کلیه غلظت های آهن تجمع سدیم را کاهش داده است، که این کاهش در غلظت 1 در هزار تفاوت معنی­داری با شاهد نشان نمی­دهد (شکل 1).

بیشترین مقدار پتاسیم ریشه (05/8 درصد) در محلول­پاشی با غلظت 2 در هزار و در 40 درصد پوشش سطح زمین مشاهده شد که تفاوت معنی­داری با محلول پاشی با غلظت 3 در هزار و در 20 درصد پوشش سطح زمین نداشت. کمترین میزان پتاسیم ریشه (21/5 درصد) در تیمار 2 در هزار آهن و در 20 درصد پوشش سطح زمین مشاهده شد (شکل 2). به نظر می­رسد میزان تجمع پتاسیم در ریشه زیاد تحت تاثیر مقدار آهن استفاده شده در مراحل مختلف رشد چغندرقند (درصد پوشش زمین) قرار نگرفته است، زیرا همپوشانی میانگین­ها در سطوح تیماری آهن، تفاوت معنی­دار را از نظر پتاسیم ریشه نشان نمی­دهد، ولی روند کلی تجمع پتاسیم در کاربردهای کلیه مقادیر آهن در مراحل 40 درصد پوشش سطح زمین به بعد نسبت به شاهد افزایشی بوده است (شکل 2).

بیشترین مقدار نیتروژن مضر (11/1درصد) در محلول پاشی با غلظت 3 در هزار آهن و در 60 درصد پوشش سطح زمین، و کمترین مقدار نیتروژن ریشه 31/0 در تیمار محلول­پاشی با غلظت 2 در هزار آهن و در 20 درصد پوشش سطح زمین مشاهده شد (شکل 3). در مرحله 40 درصد پوشش سبز زمین، کلیه سطوح آهن نیتروژن مضر پایینی را در ریشه تولید کردند. در غلظت 1 در هزار آهن، محلول­پاشی در مراحل اول رشد و همچنین در اواخر دوره رشد باعث افزایش میزان نیتروژن مضر ریشه شد،

 

جدول 1-  تجزیه واریانس اثرمحلول پاشی مقادیر آهن در مراحل مختلف رشد چغندر قند روی میزان سدیم، پتاسیم و نیتروژن مضر ریشه، عملکرد قند، عملکرد تر ریشه و همچنین درصد قند

Table 1- Analysis of variance effect of  spraying Nano-iron concentration at different growth stages on the root Sodium, Potassium, α-aminose, Fresh root yield, and sugar percent in Beta vulgaris

 

منابع تغییرات

Source of Variation

درجه آزادی

df

میانگین مربعات (Mean squares)

سدیم ریشه

Root sodium

پتاسیم ریشه

Root potassium

نیتروژن مضر ریشه

α-aminose of root

درصد قند (عیار)

Sugar percentage

عملکرد ریشه

(وزن تر)

Root yield

(fresh weight)

عملکرد

قند

Sugar yield

تکرار  (Replication)

2

0.002

1.68

0.01

1.58

210908634

*16831853.2

مقادیر آهن  (Amounts iron)

3

**0.10

2.94**

**0.06

2.52

**1952858215

**764772018

مراحل محلول­پاشی (Spraying stages)

4

*0.04

0.98

**0.11

*4.40

**1884540170

**86020171.4

مقادیر آهن× مراحل محلول­پاشی (Amounts iron×spraying stages)

12

**0.03

2.24**

**0.09

**5.32

**733657657

**24654483.5

اشتباه آزمایشی  (Error)

38

0.01

0.62

0.01

1.56

83655690

5173079

ضریب تغییرات  CV (%)

 

20.21

11.90

12.82

6.88

8.90

12.16

* و ** به ترتیب معنی دار در سطح احتمال 5 و 1 درصد.

*  &**: Significant at the 5% and 1% probability levels, respectively.

 

 

ولی در غلظت 2 در هزار، افزایش نیتروژن مضر پس از مراحل 40 درصد پوشش سطح زمین اتفاق افتاد. تجمع نیتروژن مضر ریشه در محلول­پاشی با غلظت 3 در هزار آهن نسبت به سطوح دیگر و شاهد بالاتر بود. به ­طوریکه مقدار آن در مرحله 60 درصد پوشش سطح زمین به حداکثر رسید. بنابراین برای پرهیز از افزایش نیتروژن مضر ریشه چغندر قند در کاربرد آهن باید توجه کرد که در مراحل اولیه رشد (قبل از پوشش 40 درصدی سطح زمین) محلول­پاشی انجام گیرد (شکل 3).

 

 

شکل 1-  مقایسه میانگین ­های سدیم ریشه چغندرقند تحت تاثیر محلول­پاشی مقادیر آهن نانو در مراحل مختلف رشد.

حروف مشابه بیانگر تفاوت غیرمعنی­دار در سطح احتمال 5 درصد می­باشد.

Fig 1- Means comparison of sodium content of sugar beet root affected byconcentrationof Nano-iron foliar spraying at growth stages.

The similar letters show non-significant difference at P≤0.05.

 

شکل2-  مقایسه میانگین­های پتاسیم ریشه چغندرقند تحت تاثیر محلول­پاشی مقادیر آهن نانو در مراحل مختلف رشد.

حروف مشابه بیانگر تفاوت غیرمعنی دار در سطح احتمال 5 درصد می­باشد.

Fig 2- Means comparison of potassium content of sugar beet root affected by Nano-iron foliar spraying at growth stages.

The similar letters show non-significant difference at P≤0.05.

 

 

عیار قند (درصد قند بر اساس وزن تر ریشه) در کلیه مقادیر کاربرد آهن در مراحل 20 تا 40 درصد پوشش زمین برابر با درصد قند مربوط به تیمار شاهد (بدون آهن) بود، ولی در مراحل 60 و 80 درصد پوشش گیاهی مقادیر 2 و 3 در هزار آهن باعث افزایش معنی­دار درصد قند شد (شکل 4). محلول­پاشی آهن در هر سه غلظت در مرحله پس از رسیدن به 100 درصد پوشش سطح زمین باعث تغییر معنی­دار درصد قند نسبت به تیمار شاهد نشد. بنابراین برای رسیدن به درصد قند بالا در مراحل میانی رشد چغندرقند، باید آهن با غلظت بیش از 2 در هزار استفاده شود.

 

 


شکل 3-  مقایسه میانگین­های نیتروژن مضر ریشه چغندرقند تحت تاثیر محلول­پاشی مقادیر آهن نانو در مراحل مختلف رشد. حروف مشابه بیانگر تفاوت غیرمعنی­دار در سطح احتمال 5 درصد می­باشد.

Figure 3- Means comparison of α-amoinose content of sugar beet root affected by Nano-iron foliar spraying at growth stages.

The similar letters show non-significant difference at P≤0.05.

 

 

شکل4-  مقایسه میانگین­های درصد قند ریشه چغندرقند تحت تاثیر محلول­پاشی مقادیر آهن نانو در مراحل مختلف رشد. حروف مشابه بیانگر تفاوت غیرمعنی دار در سطح احتمال 5 درصد می­باشد.

 

Fig 4- Means comparison of sugar percent of sugar beet root affected by Nano-iron foliar spraying at growth stages.

The similar letters show non-significant difference at P≤0.05.

 

 

 

 

با وجود افزایش نسبی در عیار قند همراه با کاربرد غلظت­های بالاتر آهن در کلیه مراحل رویشی، غیر از اوایل (20 درصد پوشش سطح زمین)، این میزان در اواخر دوره رشد (100 درصد پوشش سطح زمین) و در غلظت­های 2 و 3 در هزار آهن کاهش یافت (شکل 4).

بیشترین عملکرد وزن تر ریشه (136570 کیلوگرم در هکتار) از تیمار محلول­پاشی 3 در هزار آهن نانو در مرحله 20 درصد پوشش زمین، و کمترین مقدار وزن تر ریشه در واحد سطح (72573 کیلوگرم در هکتار) از تیمار محلول­پاشی 1 در هزار آهن در مرحله 40 درصد پوشش سبز به دست آمد (شکل 5). در مرحله 20درصد، افزایش غلظت آهن به طور تصاعدی عملکرد تر ریشه را افزایش داد. در مرحله 40 درصد پوشش سبز، افزایش آهن از  مقدار 2 درهزار به بالا باعث افزایش عملکرد شد. در مرحله 60 درصد پوشش زمین کلیه سطوح آهن تفاوت معنی­داری از نظر عملکرد تر ریشه نسبت به شاهد (بدون آهن) نشان ندادند. در مرحله 80 درصد پوشش زمین، با وجود کاهش نسبی عملکرد ریشه در غلظت­های بالاتر آهن، هر سه سطح آهن نانو عملکرد بالاتری در مقایسه با شاهد تولید کردند. ولی در پوشش 100 درصد سطح زمین، تنها غلظت 3 در هزار آهن عملکرد ریشه را نسبت به شاهد افزایش داد. به­طور کلی کاربرد مقادیر بالاتر آهن در بیشتر مراحل رشد چغندرقند، به استثنای 60 درصد پوشش زمین، عملکرد ریشه را افزایش داده­اند (شکل 5).

همان­طورکه در شکل 6 ارایه شده است، عملکرد قند در واحد سطح که حاصل تغییرات درصد قند و عملکرد وزن تر ریشه در هکتار می­باشد، تحت تاثیر غلظت­های مختلف آهن نانو در مراحل رشدی چغندرقند قرار گرفت. بیشترین عملکرد قند (30586 کیلوگرم در هکتار) از محلول­پاشی آهن با غلظت 2 در هزار و در مرحله 80 درصد پوشش زمین به­دست آمد که با مقادیر 1 و 3 در هزار آهن در همین مرحله رشد تفاوت معنی­داری نداشت. همچنین کاربرد آهن در غلظت 3 در هزار در مراحل 20 و 100 درصد پوشش زمین نیز از نظر عملکرد قند با تیمارهای تولید حداکثر قند یکسان بود. محلول­پاشی در کلیه سطوح غلظت آهن، در مراحل 40 و 60 درصد پوشش زمین عملکرد قند را نسبت به شاهد افزایش نداد (شکل 6).

 

 

شکل 5-  مقایسه میانگین­های  عملکرد تر ریشه چغندرقند تحت تاثیر محلول­پاشی مقادیر آهن نانو در مراحل مختلف رشد. حروف مشابه بیانگر تفاوت غیرمعنی دار در سطح احتمال 5 درصد می­باشد.

Fig 5. Means comparison of fresh root yield of sugar beet root affected by Nano-iron foliar spraying at growth stages.

The similar letters show non-significant difference at P≤0.05.

 

 

شکل 6-  مقایسه میانگین­های عملکرد قند  چغندرقند  تحت تاثیر محلول­پاشی مقادیر آهن نانو در مراحل مختلف رشد.

حروف مشابه بیانگر تفاوت غیرمعنی دار در سطح احتمال 5 درصد می­باشد.

Fig 6- Means comparison of sugar yield of sugar beet affected by Nano-iron foliar spraying at growth stages.

The similar letters show non-significant difference at P≤0.05.

 

 

نتایج پژوهش حاضر استفاده از غلظت 2 در هزار آهن را برای تولید حداکثر قند در مرحله 80 درصد پوشش زمین توصیه می­کند. در این ترکیب تیماری، درصد قند و عملکرد ریشه نیز در حداکثر مقدار خود قرار دارد، ولی بالا بودن تجمع نیتروژن مضر در ریشه در این سطح تیماری استخراج قند را با مشکل مواجه می­سازد. البته این مقدار نیتروژن مضر برابر با شاهد بوده، بنابراین به­نظر می­رسد استفاده از این مقدار آهن در مرحله­ای از رشد که بیشترین عملکرد را دارد، تغییری در میزان نیتروژن مضر ریشه نسبت به شرایط بدون آهن نداده است.

مقادیر تقریبا یکسان پتاسیم در سطوح آهن و افزایش آن در مقایسه با شاهد، نشان می­دهد که افزایش جذب پتاسیم به دلیل بهبود رشد گیاه و افزایش قدرت جذب ریشه بوده است. نکته جالب توجه در این پژوهش کاهش معنی­دار میزان سدیم ریشه در ترکیبات تیماری است که بالاترین عملکرد را داشته­اند. بنابراین کاهش شدید تجمع سدیم در ریشه می­تواند یکی از مکانیسم­های بهبود رشد ریشه و افزایش ذخیره قند در ریشه چغندرقند باشد.

در چغندرقند کمبود آهن شدت فتوسنتز را به­طور قابل توجهی کاهش می­دهد (Terry, 1980). برگ­های گیاهان با کمبود آهن یک کاهش چشمگیری در تعداد گرانا و لاملای استرومایی در هر کلروپلاست نشان می­دهند (Spiller & Terry, 1980). که باکاهش در اجزای غشای تیلاکوئیدی شامل کلروفیل­های گیرنده نوری و کارتنوئیدها (Abadía & Abadía, 1993; Morales et al., 2000) و ناقلین الکترون فتوسنتزی (Spiller & Terry, 1980) همراه است. همچنین کمبود آهن در چغندر قند ظرفیت کربوکسیلاسیون  RUBPرا از طریق کاهش فعالیت آنزیمی روبیسکو کاهش می­دهد (Winder & Nishio, 1995). تیلور و تری (Taylor & Terry, 1986) عنوان کردند که با کاهش در برداشت نور، انتقال الکترون و تثبیت کربن، کمبودهای متوسط آهن به خوبی دیده شده است (Winder & Nishio, 1995). به دلیل شدت فتوسنتز پایین، گیاهان با کمبود آهن در معرض خسارت جریان فوتون فتوسنتزی در شرایط طبیعی هستند (Abadía et al., 1999).

کمبود آهن در گیاهان کلروفیل b را بیشتر از سایر رنگیزه­های فتوسنتزی کاهش می­دهد و پس از آن به ترتیب کلروفیل a و کارتنوئیدها کاهش می­یابند، به­طوری که برگهای با کمبود شدید آهن در چغندر قند 5 درصد کلروفیل، بتا-کاروتن و نئوزانتین، 15 درصد لوتئین، و 40 درصد زئازانتین، آنترازانتین و ویولازانتین کمتری در مقایسه با گیاهان شاهد (بدون کمبود آهن) دارند (Morales et al., 2000). کاهش در رنگیزه­های فتوسنتزی در چغندرقند با کمبود آهن (Abadía et al., 1999; Morales et al., 2000)، مشابه نتایج کمبود نیتروژن برگی در ذرت و اسفناج می­باشد (Khamis et al., 1990; Verhoeven et al., 1997).

پس از تامین مجدد آهن در گیاهان با کمبود آهن، اثرات کمبود آن کاهش می­یابد. به­طوری که کلروفیل و سایر اجزای برداشت نور و زنجیره انتقال الکترون به تدریج ساخته می­شوند. این نوع بازیافت اجزای فتوسنتزی در چغندرقند (Winder & Nishio, 1995) و سویا (Hecht-Buchholz & Ortmann, 1986) به خوبی شناخته شده­اند. تامین مجدد آهن برای گیاهان چغندرقند با کمبود آهن، ابتدا غلظت آهن در برگ و سپس غلظت کلروفیل برگی را با یک تاخیر زمانی افزایش می­دهد (López-Millán et al., 2001). کمبود آهن سایر فرآیندهای فیزیولوژیک غیرفتوسنتزی را نیز تحت تاثیر قرار می­دهد که این فرآیندها به تامین مجدد آهن پاسخ می­دهند. برای مثال، گیاهان با کمبود آهن دارای غلظت­های بالایی از اسیدهای آلی نظیر سیترات و مالات می­باشند که در کاربرد آهن به تدریج کاهش می­یابند.

 لوپز میلان و همکاران (López-Millán et al., 2001) در یک آزمایش، 24 ساعت پس از تامین مجدد آهن، تغییرات زیادی در سنتز رنگیزه­های کمکی حتی قبل از شروع سنتز کلروفیل جدید مشاهده کردند. در طول همین مدت، شدت فتوسنتز 50 درصد افزایش یافت، ولی 1 تا 2 روز بعد از تامین آهن، یک افزایش تدریجی و آرام در غلظت کلروفیل و سایر رنگدانه­های فتوسنتزی مشاهده شد. در 3 تا 4 روز پس از کاربرد آهن در گیاهان دارای کمبود، غلظت رنگدانه­ها و شدت فتوسنتز در مقایسه با شاهد افزایش یافت، هرچند در سطح پایین­تری نسبت به گیاهان بدون کمبود آهن قرار داشتند (Larbi et al., 2004). به نظر می­رسد کاهش درصد قند، عملکرد ریشه و عملکرد قند در مقادیر پایین­تر آهن محلول­پاشی و همچنین تیمار شاهد (بدون محلول­پاشی) از طریق مکانیسم­های ارایه شده در بالا قابل توجیه باشد.

نتیجه گیری

به­طور کلی، اثر متقابل معنی­دار بین مقادیر آهن و مراحل رشدی چغندرقند نشان می­دهد که پاسخ رشدی گیاه به استفاده از مقادیر متفاوت آهن در هر مرحله از رشد چغندرقند از نظر تجمع سدیم، پتاسیم، نیتروژن مضر و قند در ریشه و همچنین عملکرد ریشه و قند یکسان نیست. بنابراین برای رسیدن به تولید بهینه قند، غلظت مورد استفاده آهن در هر کدام از مراحل رشد یکسان نبوده و قند با مقدار و کیفیت متفاوت به­دست خواهد آمد. ازت مضر ریشه، به عنوان یک ویژگی منفی در استخراج قند، در غلظت­های بالاتر آهن به ویژه از اواسط رشد تا مراحل پایانی دوره رشد چغندر افزایش یافته است. استفاده از غلظت 2 در هزار آهن را برای تولید حداکثر قند (درصد قند و عملکرد ریشه بالاتر) در مرحله 80 درصد پوشش زمین توصیه می­کند. مقدار یکسان نیتروژن مضر، و کاهش سدیم ریشه در این تیمار با شاهد نیز نشان می­دهد که کاربرد این تیمار بهینه است.

 

 

References

Abadía, J. and Abadía, A. 1993. Iron and plants pigments. In: Barton LL and Hemming BC (eds). Iron Chelation in Plants and Soil Microorganisms. Academic Press, San Diego, California. Pp 327–344.

Abadía, J., Morales, F. and Abadía, A. 1999. Photosystem II efficiency in low chlorophyll, iron-deficient leaves. Plant Soil 215(2): 183–192.

Hecht-Buchholz, C. and Ortmann, U. 1986. Effect of foliar iron application on regreening and chloroplast development in iron chlorotic soybean. J. Plant Nutr. 9(3-7): 647–659.

Khamis, S., Lamaze, T., Lemoine, Y. and Foyer, C. 1990. Adaptation of the photosynthetic apparatus in maize leaves as a result of nitrogen limitation. Plant Physiol. 94(3): 1436–1443.

Kocheky, A. and Soltani, A. 1994. Sugar Beet. Publication of Jihad-e Daneshgahi of the Mashhad University. 196 p. (In Farsi)

Larbi, A., Abadia, A., Morales, F. and Abadia, J. 2004. Fe resupply to Fe-deficient sugar beet plants leads to rapid changes in the violaxanthin cycle and other photosynthetic characteristics without significant de novo chlorophyll synthesis. Phytosynth. Res. 79(1): 59-69.

López-Millán, A. F., Morales, F., Abadía, A. and Abadía, J. 2001. Changes induced by Fe deficiency and Fe resupply in the organic acid metabolism of sugar beet (Beta vulgaris L.) leaves. Physiol. Plant. 112(1): 31–38.

Malakouti, M. J. and Tehrani, M. M. 1999. The Role of Micronutrients in Increasing the Yield and Quality of Crops. Tarbiat Modarres University Press. 299p. (In Farsi with English Summary)

Morales, F., Belkhodja, R., Abadía, A. and Abadía, J. 2000. Photosystem II efficiency and mechanisms of energy dissipation in iron-deficient, field-grown pear trees (Pyrus communis L). Photosynth. Res. 63(1): 9–21.

Salardini, A. and Murphy, L. 1978. Grain sorghum responses to organic iron on calcareous soil. Plant Soil 49(1): 57-70. (In Farsi with English Summary)

Seyed Sharifi, R. 2009. Industrial Plants. University of Mohaghegh Ardabili. 432 p. (In Farsi)

Shaykh al-islam, R. 1997. Laboratory Methods and Their Application in Process Control of Food Industry (Sugar). Publisher Mersa. 342 p. (In Farsi)

Spiller, S. and Terry, N. 1980. Limiting factors in photosynthesis. II. Iron stress diminishes photochemical capacity by reducing the number of photosynthetic units. Plant Physiol. 65(1): 121–125.

Taylor, S.E. and Terry, N. 1986. Variation in photosynthetic electron transport capacity and its effect on the light modulation of ribulose bisphosphate carboxilase. Photosynth. Res. 8: 249–256.

Terry, N. 1980. Limiting factors in photosynthesis. I. Use of iron stress to control photochemical capacity in vivo. Plant Physiol. 65(1): 114–120.

Vankhadeh, S. 1999. Response of sunflower to applied Zn, Fe, P, N. Nes. S. Zz 1: 143-144.

Verhoeven, A., Demmig-Adams, B. and Adams, W. 1997. Enhanced employment of the xanthophyll cycle and thermal energy dissipation in spinach exposed to high light and N stress. Plant Physiol. 113(3): 817–824.

Winder, T. and Nishio, J. 1995. Early iron deficiency stress response in leaves of sugar beet. Plant Physiol. 108(4): 1487–1494.

 

Effect of nano-iron foliar application on mineral elements and root α-aminose and its relation with yield in sugar beet(Beta vulgaris L.)

 

Alireza Pirzad1*, Mahmood Mazlomi Mamyandi2, Mohammad Reza Zardashti3

 

1-Associated Professor, Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia-Iran.

2- MSc. Former Student, Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia- Iran.

3-Assistant Professor, Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia-Iran.

*Corresponding author: a.pirzad@urmia.ac.ir 

 

Received: 2013.04.08                                                                                                     Accepted: 2013.09.01

 

Abstract

To investigate effect of iron spraying on sugar beet (Beta vulgaris L.) leaves at different growth stages, a factorial experiment was conducted based on randomized complete block design with three replications at the Research Farm of Beet Sugar Naghadeh in spring 2011. Treatments were foliar application of Nano-Iron (0, 1, 2 and 3 g/l) at different growth stages (20, 40, 60, 80 and 100 % of ground cover). Results of analysis of variance showed that interaction effects between amounts and spraying stages had significant effects on the content of sodium, potassium, α-aminose of root, percentage of sugar, root yield (fresh weight) and sugar yield. The highest sodium content of root (0.71 %), and the highest potassium content (8.05 %) were obtained by 2 g/l iron spray at 40 % ground cover. And the maximum α-aminose percentage (1.11 %) was obtained by 3 g/l foliar application at 60 % of ground cover. Sugar percent rise up by higher foliar application (2 and 3 g/l) in comparison with control treatment. The highest yield of root (136570 kg/ha) was obtained from 3 g/l foliar application at 20 % of ground cover with no significant differences with 1 and 2 g/l spraying at 80% ground cover. The highest yield of sugar (30586 kg/ha) was occurred at 2 g/l of iron used in 80% ground cover.

 

Keywords: Nano-iron, Sugar percentage, Beta vulgaris, Root yield, α-aminose