تولیدات گیاهی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

بانک ها و نمایه نامه ها

پرسش‌های متداول

اخبار و اعلانات

راهنمای تهیه مقاله

فرم های نشریه

تاثیر سیلیکات‌ها و باکتری حل‌کننده آنها بر رشد و عملکرد گوار (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.)

نوع مقاله : علمی پژوهشی - زراعت

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 دانشجوی دکتری علوم علف‌های هرز، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

گوار با برخی از سویه‌های باکتری‌ برادی ‌ریزوبیوم رابطه همزیستی ضعیفی تشکیل می‌دهد. بنابراین، دست‌یابی به یک همزیستی قوی‌تر در گوار حائز اهمیت است. در گیاهان لگوم‌ که گوار شامل آنها نمی‌شود نشان داده شده است که همزیستی گیاهان لگوم با ریزوبیوم با کاربرد سیلیکات‌ها در خاک به واسطه جذب سیلیس بهبود می‌یابد و موجب بهبود عملکرد می‌شود. از آنجایی که تولید سیلیکات‌ها در صنعت پُرهزینه است، اخیراً، تمرکز مطالعات به توانایی باکتری‌های حل‌کننده سیلیکات‌ در خاک معطوف است. در برخی گیاهان زراعی، تلقیح خاک با باکتری حل‌کننده سیلیکات‌ها‌ موجب حل شدن سیلیکات‌های موجود در خاک شده و جذب بهتر سیلیس و حتی دیگر عناصر غذایی، را به دنبال داشته است. در پژوهش حاضر تاثیرپذیری همزیستی گیاه گوار با ریزوبیوم از کاربرد خاکی انواع سیلیکات‌ها (سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم) و تلقیح خاک با باکتری حل‌کننده سیلیکات‌ را مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش به صورت گلدانی در محوطه دانشگاه بوعلی سینا در 1401 به صورت فاکتوریل دو عاملی (2×5) بر پایه طرح کاملاً تصادفی با 10 تکرار انجام گرفت. عامل اول شامل نوع سیلیکات در پنج سطح شامل شاهد، سیلیکات سدیم، سیلیکات پتاسیم، سیلیکات کلسیم و سیلیکات منیزیم بود. سیلیکات‌ها به میزان 100 میلی‌گرم در هر کیلوگرم خاک بکار رفتند. عامل دوم شامل تلقیح خاک با مایه تجاری باکتری حل‌کننده سیلیکات در دو سطح صفر و 10 میلی‌لیتر در هر کیلوگرم خاک بود. شصت روز پس از کاشت، گیاهان نیمی از تکرارهای آزمایش برای اندازه‌گیری وزن خشک اندام هوایی و ریشه، تعداد و وزن خشک گره، محتوی نیتروژن اندام هوایی و ریشه و محتوی سیلیس اندام هوایی برداشت شدند. هنگامی که 80 درصد غلاف‌ها قهوه‌ای شدند، گیاهان نیمه دیگر از تکرارهای آزمایش برای اندازه‌گیری وزن 100 دانه، عملکرد دانه در بوته و محتوای صمغ دانه برداشت شدند. نتایج نشان داد که بجز محتوای صمغ بذر، سایر صفات تحت تاثیر اثر اصلی و متقابل بین عوامل مورد بررسی قرار گرفتند. تحت شرایط عدم کاربرد سیلیکات‌ها، وزن خشک ریشه و وزن 100 دانه گوار تحت تاثیر تلقیح خاک با باکتری حل‌کننده سیلیکات قرار نگرفت. تلقیح خاک با باکتری حل‌کننده سیلیکات تحت شرایط عدم کاربرد سیلیکات‌ها موجب افزایش تعداد گره (34 درصد)، وزن خشک گره (75 درصد)، وزن خشک اندام هوایی (42 درصد)، محتوای سیلیس (16 درصد)، محتوای نیتروژن اندام هوایی (15 درصد)، محتوای نیتروژن ریشه (41 درصد) و عملکرد دانه در بوته (25 درصد) شد. تحت شرایط عدم تلقیح خاک با باکتری حل کننده سیلیکات، کاربرد تمامی انواع سیلیکات‌ها به طور معنی‌دار و به میزان برابر از نظر آماری محتوای سیلیس اندام هوایی گوار را افزایش داد. همچنین، با کاربرد توام هر کدام از سیلیکات‌ها و تلقیح خاک با باکتری حل کننده سیلیکات محتوای سیلیس اندام هوایی گوار به میزان بیشتری در مقایسه با کاربرد به تنهایی آنها افزایش پیدا کرد. بیشترین محتوی سیلیس (1/550 میلی‌گرم در کیلوگرم ماده خشک) در تیمار کاربرد سیلیکات پتاسیم توام با تلقیح خاک با باکتری حل کننده سیلیکات مشاهده شد. وجود اثر هم‌افزایی کاربرد سیلیکات‌ها‌ و باکتری حل‌کننده آنها بر ویژگی‌های مورد بررسی در گوار مشاهده شد که می‌توان باعث کاربرد موثرتر سیلیکات‌ها در مزارع گردد. اگرچه کاربرد سیلیکات‌ها‌ و باکتری حل‌کننده آنها بر محتوای صمغ بذر گوار تأثیری نداشت، ولی برآیند افزایش عملکرد دانه در بوته افزایش تولید صمغ در هر بوته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of silicates and their dissolving bacteria on growth and yield of guar (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.)

نویسندگان [English]

  • Akbar Aliverdi 1
  • Samira Karami 2

1 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran

2 Ph.D student of Weed Science, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran

چکیده [English]

Introduction
Guar forms a weak symbiotic relationship with some strains of bradyrhizobium bacteria, making it important to strengthen this symbiosis. Research on other legumes suggests that soil application of silicates can enhance legume-bacterium symbiosis, leading to improved yields due to increased silicon uptake. However, industrial production of silicates is costly, prompting interest in silicate-dissolving bacteria, which can solubilize native or applied silicates in the soil. These bacteria have been shown to improve silicon and nutrient uptake, resulting in better plant growth and yield. This study aims to investigate the impact of soil-applied silicates (Na2SiO3, K2SiO3, Ca2SiO3, and Mg2SiO3) and silicate-dissolving bacteria on the guar-bacterium symbiosis, plant growth, and yield.
Materials and Methods
A pot experiment was performed at Bu-Ali Sina University in 2022 using a two-factor factorial (2×5) design in a completely randomized setup with 10 replications. The first factor included five silicate treatments: control, Na2SiO3, K2SiO3, Ca2SiO3, and Mg2SiO3 (applied at 100 mg/kg of soil). The second factor involved soil inoculation with a commercial silicate-dissolving bacterium at two levels: 0 and 10 ml/kg of soil. Sixty days after planting, half of the plants were harvested to measure shoot and root dry weight, nodule number and dry weight, shoot and root nitrogen content, and shoot silicon content. At pod maturity 80% brown pods), the remaining plants were harvested to measure 100-seed weight, seed yield per plant, and seed gum content.
Results and Discussion
All traits, except seed gum content, were significantly affected by the main and interaction effects of silicate application and bacterial inoculation. Without silicate application, silicate-dissolving bacteria increased: nodule number (34%), nodule dry weight (75%), shoot dry weight (42%), silicon content (16%), shoot nitrogen content (15%), root nitrogen content (41%), and seed yield per plant (25%). However, root dry weight and 100-seed weight were unaffected by bacterial inoculation. Without bacterial inoculation, application of any silicate significantly increased shoot silicon content. Moreover, the synergistic effect of silicates and silicate-dissolving bacteria further increased shoot silicon content. The highest silicon content (550.1 mg/kg of dry weight) was recorded with the combined application of K2SiO3 + silicate-dissolving bacteria. Although the seed gum content remained unaffected, the observed increase in seed yield per plant indicates greater gum production potential at the whole-plant level.
 Conclusion
The synergistic interaction between silicates and silicate-dissolving bacteria enhances the efficiency of silicate use in guar cultivation. This approach holds promise for improving guar yields without affecting seed gum content. The increase in seed yield directly translates to higher gum production per plant, making this strategy beneficial for guar farming systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Galactomannan
  • Nitrogen content
  • Silicon content
مراجع
Aliverdi, A., & Khorshidvand, Y. (2024). Melatonin mitigation of herbicide-induced injury to guar crop improves nodulation. Rhizosphere, 29, 100866.
Aliverdi, A., & Jalilifard, F. (2024). Effect of silicon application on the resistance of sugar beet (Beta vulgaris L.) to field dodder (Cuscuta campestris Yunck.). Journal of Sugar Beet, 39, In Press.
Anonymous. (2016). Oicial methods of analysis of AOAC international, 20th edn. Latimer GW (ed). AOAC International, Washington, DC
Anitha, R., Vanitha, K., Tamilselvi, Jeyakumar, C.P., Vijayalakshmi, D., Yuvaraj, M., Nageswari, R., Dhanushkodi, V., & Cyriac, J. (2023). Potential applications of silicate solubilizing bacteria and potassium silicate on sugarcane crop under drought condition. Silicon, 15, 6879-6887.
Arayangkoon, T., Schomberg, H.H., & Weave. R.W. (1990). Nodulation and N2 fixation of guar at high root temperature. Plant and Soil, 126(2), 209-213.
Bell, R., Edwards, D., & Asher, C. (1989). External calcium requirements for growth and nodulation of six tropical food legumes grown in flowing culture solution. Australian Journal of Agricultural Research, 40(1), 85-96.
Buttar, G., Thind, H., Saroa, G., & Grover, K. (2009). Performance of wheat (Triticum aestivum) as influenced by N fertilization in cluster-bean (Cyamopsis tetragonoloba)-wheat (Tritcum aestivum) system. Indian Journal of Agricultural Sciences, 79(4), 302-304.
Chaganti, C., Phule, A.S., Chandran, L.P., Sonth, B., Kavuru, V.P.B., Govindannagari, R., & Sundaram, R.M. (2023). Silicate solubilizing and plant growth promoting bacteria interact with biogenic silica to impart heat stress tolerance in rice by modulating physiology and gene expression. Frontiers in Microbiology, 14, 1168415.
Garg, N., & Bhandari, P. (2016). Silicon nutrition and mycorrhizal inoculations improve growth, nutrient status, K+/Na+ ratio and yield of Cicer arietinum L. genotypes under salinity stress. Plant Growth Regulation, 78, 371-387.
Ghasemi, K., Sepanlou, M.G., & Hadadinejad, M. (2020). Effect of silicon nutrition on strawberry cv. camerosa yield and growth in outdoor hydroponic system. Plant Productions, 43(1), 93-106. [In Persian]
Gresta, F., Trostle, C., Sortino, O., Santonoceto, C., & Avola, G. (1019). Rhizobium inoculation and phosphate fertilization effects on productive and qualitative traits of guar (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.). Industrial Crops and Products, 139, 111513.
Hafez, E.M., Osman, H.S., El-Razek, U.A.A., Elbagory, M., Omara, A.E.-D., Eid, M.A., & Gowayed, S.M. (2021). Foliar-applied potassium silicate coupled with plant growth-promoting rhizobacteria improves growth, physiology, nutrient uptake and productivity of faba bean (Vicia faba L.) irrigated with saline water in salt-affected soil. Plants, 10(5), 894.
Hinson, P.O., & Adams, C.B. (2020). Quantifying tradeoffs in nodulation and plant productivity with nitrogen in guar. Industrial Crops and Products, 153, 112617.
Johnson, S.N., Hartley, S.E., Ryalls, J.M.W., Frew, A., DeGabriel, J.L., Duncan, M., & Gherlenda, A.N. (2017). Silicon-induced root nodulation and synthesis of essential amino acids in a legume is associated with higher herbivore abundance. Functional Ecology, 31(10), 1903-1909.
Joshi, A., Mahawar, S., Kajala, R., Chauhan S., & Jain, D. (2023). Importance of silica solubilising bacteria in agriculture. The Pharma Innovation Journal, 12(4), 133-139.
Kurdali, F., Al-Chammaa, M., & Al-Ain, F. (2019). Growth and N2 fixation in saline and/or water stressed Sesbania aculeata plants in response to silicon application. Silicon, 11, 781-788.
MacMillan, J., Adams, C.B., Trostle, C., & Rajan, N. (2021). Testing the efficacy of existing USDA Rhizobium germplasm collection accessions as inoculants for guar. Industrial Crops and Products, 161, 113205.
Mahmood, S., Daur, I., Hussain, M.B., Nazir, Q., Al-Solaimani, S.G., Ahmad, S., Bakhashwain, A.A., & Elsafor, A.K. (2017). Silicon application and rhizobacterial inoculation regulate mung bean response to saline water irrigation. Clean, 45, 1600436.
Maleva, M., Borisova, G., Koshcheeva, O., & Sinenko, O. (2017). Biofertilizer based on silicate solubilizing bacteria improves photosynthetic function of Brassica juncea. AGROFOR International Journal, 2(3), 13-19.
Mali, M., & Aery Naresh, C. (2008). Silicon effects on nodule growth, dry-matter production, and mineral nutrition of cowpea (Vigna unguiculata). Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 171(6), 835-840.
Mubarak, A.R., Salih, N.O., & Hassabo, A.A. (2015). Fate of 15N-labeled urea under a guar-wheat rotation as influenced by crop residue incorporation in a semi-arid Vertisol. Tropical Agriculture, 92(3), 172-183.
Naik, C.S.R., Ankaiah, R., Sudhakar, P., Reddy, T.D., Murthy, V.R., Spandana B., & Jatothu, J.L. (2013). Variation in the protein and galactomannan content in guar seeds of different genotypes. Plant Archives, 13(1), 247-252.
Nath, D., Selvi, D., Thiyageshwari, S., Anandham, R., & Venkatesan, K. (2022). Silicon sources and bacterial inoculants on growth parameters, leaf yield, quality of coriander (Coriandrum sativum L.) and soil adsorbed silicon in sandy loamy soil. International Journal of Plant and Soil Science, 34(22), 194-208.
Owino-Gerroh, C., Gascho, G.J., & Phatak, S.C. (2005). Pigeonpea response to silicon, phosphorus, and Rhizobium inoculation in an acid coastal plain soil. Journal of Plant Nutrition, 28(5), 797-804.
Putra, R., Waterman, J.M., Mathesius, U., Wojtalewicz, D., Powell, J.R., Hartley, S.E., & Johnson, S.N. (2022). Benefits of silicon-enhanced root nodulation in a model legume are contingent upon rhizobial efficacy. Plant and Soil, 477, 201-217.
Ribeiro, V.H.V.,  Maia, L.G.S., Arneson, N.J., Oliveira, M.C., Read, H.W., Ané, J.M., Santos, J.B., & Werle, R. (2021). Influence of PRE-emergence herbicides on soybean development, root nodulation and symbiotic nitrogen fixation. Crop Protection, 144, 105576.
Ruban, P., & Jeyaramraja, P.R. (2023). Isolation and characterization of a silicate-solubilizing bacterial strain associated with the roots of groundnut (Arachis hypogaea L.). Indonesian Journal of Agriculture and Environmental Analytics, 2(1), 47-54.
Saito, K., Yamamoto, A., Sa, T., & Saigusa, M. (2005). Rapid, micro-methods to estimate plant silicon content by dilute hydrofluoric acid extraction and spectrometric molybdenum method. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 51(1), 29-36.
Sari, I.P., Lestari, Y., Hamim, H., & Santi, L.P. (2022). Application of silica solubilizing bacteria to improve the water use efficiency of maize. Menara Perkebunan, 90(1), 71-80.
Shahzad, M., Z¨orb, C., Geilfus, C.M., & Mühling, K.H. (2013). Apoplastic Na+ in Vicia faba leaves rises after short-term salt stress and is remedied by silicon. Journal of Agronomy and Crop Science, 199(3), 161-170.
Shrestha, R., Adams, C.B., Ravelombola, W., MacMillan, J., Trostle, C., Ale, S., & Hinson P. (2021). Exploring phenotypic variation and associations in root nodulation, morphological, and growth character traits among 50 guar genotypes. Industrial Crops and Products, 171, 113831.
Ye, M., Song, Y.Y., Long, J., Wang, R.L., Baerson, S.R., Pan, Z., Zhu-Salzman, K., Xie, J., Cai, K., Luo, S., & Zeng, R. (2013). Priming of jasmonate-mediated antiherbivore defense responses in rice by silicon. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(38), 3631-3639.
Zuccarini, P. (2008). Effects of silicon on photosynthesis, water relations and nutrient uptake of Phaseolus vulgaris under NaCl stress. Biologia plantarum, 52(1), 157-160.
تولیدات گیاهی
دوره 47، شماره 4
دی 1403
صفحه 511-521
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار