نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، شهریاسوج، ایران

2 گروه زراعت و اصلاح‌نباتات دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج

3 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج

4 گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، شهر یاسوج، ایران

چکیده

مقدمه: آلودگی کادمیوم تنوع زیستی، فعالیت میکروب‌ها و آنزیم‌ها در خاک را محدود و سلامت انسان را از طریق زنجیره غذایی تهدید می‌کند. پیش تیمار بذر روشی رایج برای بهبود جوانه‌زنی و جوانه‌زنی بذر در شرایط تنش مانند تنش فلزات سنگین است که باعث افزایش مقاومت گیاهچه می‌شود. هدف از این مطالعه بررسی اثر پرایمینگ زیستی با باسیلوس سابتیلیس و پوشش بذر بر جوانه‌زنی بذر و شاخص‌های رشد گیاهچه کینوا تحت تنش کادمیوم می‌باشد.

مواد و روش‌ها: این تحقیق به صورت سه آزمایش فاکتوریل جداگانه توسط دو عامل در طرح کاملا تصادفی با 4 تکرار در آزمایشگاه و گلخانه دانشگاه یاسوج در سال 1398 انجام شد. در آزمایش اول، فاکتور اول بیوپرایمینگ با باکتری Bacillus subtilis در دو سطح حضور و عدم حضور باکتری و فاکتور دوم تنش کادمیوم در سه سطح صفر، 0.3 و 0.6 میلی‌مولار نیترات کادمیوم است، در آزمایش دوم فاکتور اول پوشش‌دهی در سه سطح تلقیح بذر با تیمار بیو‌پرایمینگ، سپس پوشش‌دهی آنها، مخلوط کردن باکتری با مواد پوششی سپس پوشش دهی بذر و پوشش به تنهایی و فاکتور دوم سه سطح تیمار پوششی، ترکیبی ورمی‌کولیت (V) کائولن (K) و پرلیت (P) شامل V10K2.5P5، V8K2P4 وV12K3P6 . در آزمایش سوم، فاکتور اول بدون بیوپرایمینگ بدون پوشش بذر، با بیوپرایمینگ بدون پوشش بذر، بدون بیوپرایمینگ با پوشش بذر و با بیوپرایمینگ با پوشش بذر و فاکتور دوم غلظت کادمیوم در سه سطح 0، 100 و 200 میلی‌مولار نیترات کادمیوم بود.

نتایج و بحث: نتایج نشان داد که تنش کادمیوم باعث کاهش شاخص‌های جوانه‌زنی شد و این روند نزولی با افزایش شدت تنش افزایش یافت. بیوپرایمینگ بذر باعث افزایش شاخص طولی بنیه گیاهچه کینوا و بهبود رشد گیاهچه شد. پوشش بذر تا حدودی باعث کاهش شاخص‌های جوانه‌زنی شد، اما در بسیاری از موارد حضور باکتری‌ها این روند نزولی را بهبود بخشید و تعدادی از شاخص‌های جوانه‌زنی کینوا را افزایش داد. همچنین افزایش کادمیوم در خاک باعث افزایش 72 درصدی میزان کادمیوم ریشه، کاهش سرعت بذر و درصد جوانه‌زنی شد. کادمیوم از جذب آب در بذرها جلوگیری می‌کند و میزان آب موجود در نهال‌ها را کاهش می‌دهد که بر جوانه‌زنی بذر تأثیر می‌گذارد. قرار گرفتن در معرض کادمیوم از جوانه‌زنی بذر، رشد گیاهچه و غیره جلوگیری می‌کند. مهمترین اختلالات ناشی از کادمیوم کاهش رشد ریشه و برگ و آسیب به DNA بود که متعاقباً باعث اختلال در چرخه سلولی، دیواره سلولی و حتی مرگ سلولی و تغییر در ساختار شد. Bacillus subtilis مقاومت القای سیستمیک (ISR) را در بسیاری از محصولات گیاهی فعال می کند و در نتیجه مقاومت بیماری ناشی از ارگانیسم‌های بیماری زا و رشد گیاه را افزایش می‌دهد. این باکتری به عنوان PGPR عمل می کند و از گیاه در برابر استرس محافظت می کند.

نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج به دست آمده از پژوهش حاضر می‌توان گفت کادمیوم مانع از جوانه‌زنی کینوا نشد اما اثرات مخرب آن در سایر صفات نمایان و باعث کاهش طول و وزن گیاهچه و شاخص طولی و وزنی بنیه گیاهچه گردید. همچنین پوشش‌دار کردن بذر کینوا موجب کاهش در سرعت جوانه‌زنی شد که با افزایش ترکیبات احاطه کننده اطراف بذر مخلوط باکتری با مواد پوششی توانست در ترکیب V10K2.5P5، 8 درصد و در ترکیب V12K3P6، 16 درصد سرعت جوانه‌زنی را نسبت به تیمار بدون باکتری افزایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the effect of bio-priming and seed coating on seed germination and seedling growth indices of Chenopodium quinoa in cadmium stress

نویسندگان [English]

  • Zahra Hajizadeh 1
  • Hamidreza Balouchi 2
  • Amin Salehi 1
  • Ali Moradi 3
  • Rasool Rezaei 4

1 Department of Agronomy and Plant Breeding, Yasouj University, Yasouj city, Iran

2 Department of Agronomy and Plant Breeding, Yasouj University, Yasouj city, Iran

3 Department of Agronomy and Plant Breeding, Yasouj University, Yasouj city, Iran

4 Plant Protection Department, Yasouj University, Yasouj city, Iran

چکیده [English]

Introduction:

Cadmium contamination limits biodiversity, the activity of microbes and enzymes in the soil, and threatens human health through the food chain. Seed pretreatment is a common way to improve seed germination under stress conditions such as heavy metal stress, which increases seedling resistance. This study aimed to investigate the effect of bio-priming with Bacillus subtilis and seed coating on seed germination and seedling growth indices of quinoa under cadmium stress.

Materials and Methods

This study was conducted in laboratory and greenhouse conditions in three separate factorial experiments by two factors in a completely randomized design with 4 replications at laboratory and greenhouse of Yasouj University in 2019. In the first experiment, the first factor is bio-priming with Bacillus subtilis bacteria in two levels of presence and absence of bacteria and the second factor is cadmium stress in three levels of zero, 0.3, and 0.6 mM cadmium nitrate, in the second experiment, the first factor is the coating on three levels of seed inoculation with bio-priming treatment, then coating them, mixing bacteria with coating materials, then coating the seeds and coating alone and the second factor is three levels of treatment a combination coating of vermiculite (V), kaolin (K) and perlite (P) including V10K2.5P5, V8K2P4, and V12K3P6. In the third experiment, the first factor is Uncoated ± bio-priming and coated ± bio-priming and the second factor is cadmium stress factor at three levels of 0, 100 and 200 mM was cadmium nitrate.

Results and Discussion

The results showed that cadmium stress decreased germination indices and this downward trend increased with increasing stress intensity. Seed bio-priming increased the longitudinal index of quinoa seedling vigor and improved seedling growth. Seed coverage somewhat reduced germination indices, but in many cases, the presence of bacteria improved this downward trend and increased the number of quinoa germination indices. Also, increasing cadmium in soil caused a 72% increase in root cadmium content and a decrease in seed rate and germination percentage. Cadmium inhibits water absorption in seeds and reduces the amount of water in seedlings, which affects seed germination. Exposure to cadmium prevents seed germination, seedling growth, etc. The most important disorders caused by cadmium were reduced growth of roots and leaves and damage to DNA, which subsequently disrupted the cell cycle and changed the structure of cell walls and even cell death. Bacillus subtilis activates systemic induction resistance (ISR) in many plant products, thereby increasing disease resistance caused by pathogenic organisms and plant growth. This bacterium acts as a PGPR and protects the plant against stress.

Conclusion

Consequently, cadmium did not prevent quinoa germination, but its destructive effects were visible in other traits and caused a decrease in seedling length and weight, as well as seedling stem length and weight vigur index. Also, the coating of quinoa seeds caused a decrease in the germination rate, which by increasing the compounds surrounding the seed mixed with bacteria and coating materials, it was able to increase the germination rate by 8% in the combination of V10K2.5P5 and 16% in the combination of V12K3P6 rather than without bacteria treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bacillus subtilis
  • cadmium nitrate
  • Germination percentage
  • Titicaca