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 باکتری تیوباسیلوس و گوگرد بنتونیت‌دار بر عملکرد دانه و خصوصیات فیزیولوژیک گلرنگ (Carthamus tinctorius L.) تحت رژیم‌های مختلف آبیاری

نوع مقاله : علمی پژوهشی - اکولوژی گیاهان زراعی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد اگروتکنولوژی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

2 استاد، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

گلرنگ، گیاهی چندمنظوره با کاربردهای دارویی و روغنی است که عمدتاً برای تولید روغن خوراکی و رنگ‌های صنعتی کشت می‌شود. سازگاری این گیاه با آب‌وهوای خشک و نیمه‌خشک، آن را به یک محصول ارزشمند برای مناطق مواجه با کم‌آبی تبدیل کرده است. محدودیت منابع آب در ایران و تنش خشکی بر رشد و عملکرد این گیاه تأثیر منفی دارد. گوگرد به عنوان چهارمین عنصر پرمصرف گیاهی، در فتوسنتز و ساختارهای غشای سلولی نقش حیاتی دارد. استفاده بیش از حد کودهای شیمیایی گوگردی می‌تواند به شوری خاک منجر شود. بنابراین، کودهای زیستی به عنوان جایگزینی مناسب مطرح شده‌اند. کودهای زیستی، مانند باکتری‌های تیوباسیلوس، نه تنها مواد مغذی ضروری را تأمین می‌کنند، بلکه سلامت خاک را بهبود بخشیده و آلودگی محیطی را کاهش می‌دهند. باکتری‌های تیوباسیلوس (Thiobacillus spp.) با تأمین سولفات و بهبود ویژگی‌های خاک، به رشد بهتر گیاه کمک می‌کنند. این مطالعه جهت ارزیابی اثر منابع شیمیایی و زیستی گوگردی شامل گوگرد بنتونیت‌دار و باکتری تیوباسیلوس بر محتوای عناصر اندام هوایی، برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک و عملکرد دانه گلرنگ تحت شرایط تنش کم‌آبی در تابستان 1401 در مزرعۀ تحقیقاتی دانشکدۀ کشاورزی دانشگاه یاسوج واقع در دشت‌روم اجرا گردید. آزمایش به‌صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. رژیم‌های آبیاری در سه سطح (آبیاری کامل، قطع آبیاری از شروع گلدهی تا رسیدگی به عنوان تنش خشکی شدید و از پر شدن دانه تا رسیدگی  به عنوان تنش خشکی متوسط) به عنوان عامل اصلی و ترکیب کود گوگرد بنتونیت‌دار در سه سطح (0، 150 و 300 کیلوگرم در هکتار) و باکتری تیوباسیلوس در دو سطح (کاربرد و عدم کاربرد) به عنوان عامل فرعی مورد بررسی قرارگرفتند. تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که با افزایش سطوح کود گوگرد بنتونیت‌دار و کاربرد باکتری تیوباسیلوس، محتوای عناصر اندام هوایی، صفات فیزیولوژیک و عملکرد دانه تحت شرایط تنش خشکی به طور معنی‌داری بهبود یافت. کاربرد ترکیبی گوگرد و باکتری تیوباسیلوس توانایی گیاه را برای تحمل کم‌آبی با بهبود دسترسی به مواد مغذی و فعالیت آنزیم‌های مرتبط با تنش افزایش داد. تحت شرایط تنش شدید کم آبی (قطع آبیاری از گلدهی تا رسیدگی) بیشترین محتوای عناصر اندام هوایی شامل نیتروژن (2/33 درصد)، گوگرد (0/149 درصد)، آهن (44 میلی‌گرم بر کیلوگرم) و روی (25/66 میلی‌گرم بر کیلوگرم) از تیمارکاربرد همزمان 300 کیلوگرم گوگرد بنتونیت‌دار + باکتری تیوباسیلوس حاصل شد. همچنین  برهم‌کنش سه‌گانه رژیم آبیاری × گوگرد بنتونیت‌دار × تیوباسیلوس بر محتوای کلروفیل کل و کاروتنوئید، محتوای قندهای محلول و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی کاتالاز و پراکسیداز معنی‌دار شد.  بیشترین مقدار صفات مذکور در هر یک از رژیم‌های آبیاری با کاربرد همزمان 300 کیلوگرم گوگرد بنتونیت‌دار + باکتری تیوباسیلوس مشاهده شد. این نتایج نشان‌دهنده پتانسیل تیمارهای مبتنی بر گوگرد برای بهبود سازوکارهای تحمل تنش در گلرنگ است. محتوای مالون دی‌آلدهید نیز با قطع آبیاری از مراحل گلدهی و پر شدن دانه افزایش یافت ولی با کاربرد گوگرد بنتونیت دار و باکتری تیوباسیلوس کاهش یافت. عملکرد دانه نیز متاثر از کاربرد 300 کیلوگرم در هکتار گوگرد بنتونیت‌دار + تیوباسیلوس در سطوح آبیاری کامل و تنش متوسط به ترتیب با افزایش 25/28 و 45/54 درصدی همراه شد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که قطع آبیاری به ویژه از مرحلۀ گلدهی تا رسیدگی با کاهش صفات فیزیولوژیک و عملکرد دانۀ گلرنگ همراه بوده و کاربرد ۱۵۰ کیلوگرم در هکتار گوگرد بنتونیت‌دار به همراه باکتری تیوباسیلوس علاوه بر کاهش مصرف کود شیمیایی و در نتیجه پیامدهای نامطلوب ناشی از آن، منجر به افزایش جذب عناصر غذایی، ارتقای کارایی کود زیستی و بهبود عملکرد دانه در شرایط تنش کم‌آبی شده است. این مطالعه بینش‌های ارزشمندی در مورد نقش گوگرد و کودهای زیستی در بهبود مقاومت گلرنگ به کم‌آبی ارائه می‌دهد و به توسعۀ روش‌های کشاورزی پایدار در مناطق خشک کمک می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of Thiobacillus spp. and bentonite sulfur application on the seed yield and physiological characteristics of safflower (Carthamus tinctorius L.) under different irrigation regimes

نویسندگان [English]

  • Hamid Alahdadi 1
  • Alireza Yadavi 2
  • Mohsen Movahedi Dehnavi 2
  • Hamidreza Balouchi 2

1 M.Sc. Student of Agrotechnology, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran

2 Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran

چکیده [English]

Introduction
Safflower (Carthamus tinctorius L.) is a multipurpose crop with medicinal and oil-producing applications, primarily cultivated for edible oil and industrial dyes. Its adaptability to arid and semi-arid climates makes it a valuable crop for regions facing water scarcity. Water scarcity and drought stress significantly impact its growth and yield, particularly in arid regions such as Iran. Sulfur, the fourth most consumed nutrient by plants, plays a crucial role in photosynthesis and cell membrane integrity. However, excessive application of chemical sulfur fertilizers can lead to soil salinity, making biofertilizers a sustainable alternative. Biofertilizers, such as Thiobacillus spp., not only provide essential nutrients but also improve soil health and reduce environmental pollution. Thiobacillus spp. bacteria enhance plant growth by supplying sulfate and improving soil properties.
Materials and Methods
This study investigated the effects of chemical and biological sulfur sources, including bentonite sulfur and Thiobacillus bacteria, on the shoot nutrient content (N, P, K, S, Fe, and Zn), physiological characteristics, and seed yield of safflower under water stress. The experiment was conducted in the summer of 2023 at the research farm of Yasouj University, Faculty of Agriculture, located in Dashtrom. A split-factorial design based on a randomized complete block design (RCBD) with three replications was used. Irrigation regimes at three levels (full irrigation, irrigation cutoff from flowering to maturity as severe drought stress, and irrigation cutoff from seed filling to maturity as moderate drought stress) were the main factor, while bentonite sulfur application at three levels (0, 150, and 300 kg/ha) and Thiobacillus bacteria application (with and without) were the secondary factors.
Results and Discussion
Statistical analysis showed that bentonite sulfur fertilizer and Thiobacillus bacteria significantly improved nutrient content in shoot, physiological traits, and grain yield under drought stress. The combined application of sulfur and Thiobacillus bacteria enhanced the plant’s ability to withstand water deficit conditions by improving nutrient availability and stress-related enzymatic activities. Under severe drought stress (irrigation cutoff from flowering to maturity), the highest nitrogen (2.33%), sulfur (0.149%), iron (44 mg kg-1), and zinc (25.66 mg kg-1) levels were observed with the combined application of 300 kg ha-1 of bentonite sulfur and Thiobacillus bacteria. The interaction between irrigation regime, bentonite sulfur, and Thiobacillus bacteria significantly influenced total chlorophyll content, carotenoid content, total soluble carbohydrates, and antioxidant enzyme activities (catalase and peroxidase). The highest values for these traits in each irrigation regime were obtained with the application of 300 kg ha-1 of bentonite sulfur and Thiobacillus bacteria. This demonstrates the potential of sulfur-based treatments to enhance stress tolerance mechanisms in safflower. Malondialdehyde (MDA) content increased under water deficit conditions (flowering and seed-filling stages), but decreased with bentonite sulfur and Thiobacillus bacteria. Seed yield was significantly enhanced by the application of 300 kg ha-1 of bentonite sulfur and Thiobacillus bacteria, with increases of 25.28% under full irrigation, and 45.54% under moderate drought stress. 
 Conclusion
The findings suggest that drought stress, particularly irrigation cutoff from flowering to maturity, reduces physiological traits and seed yield in safflower. However, the application of 150 kg ha-1 of sulfur-bentonite combined with Thiobacillus bacteria not only mitigates the adverse effects of water stress but also enhances nutrient uptake, biofertilizer efficiency, and seed yield while reducing the need for chemical fertilizers. This study provides valuable insights into the role of sulfur and biofertilizers in improving safflower resilience under water-limited conditions, contributing to sustainable agricultural practices in arid regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biofertilizer
  • Irrigation cutoff
  • Malondialdehyde
  • Seed yield
  • Shoot elements
مراجع
Aebi, H. (1984). Catalase in vitro. Methods in enzymology, 105: 121-126.
Aminian, R., Karimzadeh Asl, K., Habibzadeh, F., & Baghbani Arani, A. (2019). The multivariate statistical methods to study the relationships among safflower traits under normal irrigation and drought stress conditions. Plant Productions, 42(2): 211-226. [In Persian]
Arab, S., Baradaran Firouzabadi, M., & Asghari, H. (2016). The effect of ascorbic acid and sodium nitroprusside foliar application on photosynthetic pigments and some traits of spring safflower under water deficit stress. Plant Productions, 38(4): 93-104. [In Persian]
Arabi, M., Parsa, S., Jami Al-Ahmadi, M., & Mahmoodi, S. (2022). Effect of superabsorbent polymer and potassium sulfate on growth, yield and yield components of sesame (Sesamum indicum L.) under water deficit conditions. Environmental Stresses in Crop Sciences, 15(1): 149-160. [In Persian]
Arnon, D.I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24(1): 1.
Dastbandan Nejad, S., aki Nejad, T., & Lack, S. (2010). Study effect of drought stress and different levels of potassium fertilizer on K accumulation in corn. Nature and Sciences, 8(5): 23-27.
Dehghan, R., Karimian, A., Ghasemi, S., & Amini, M. (2023). Comparison the effect of sulfur on yield and micro elements uptake in oilseed crops and forage plants. Journal of Environmental Science and Technology, 25(3):49-61. [In Persian]
Delfani, M., Hatami, A., Pourdad, S., Tahmasebi, Z., Fattah nia, F., & Jahansooz, M. (2019). Investigation of the effect of planting density and supplementary irrigation on response of photosynthetic pigments and catalase and ascorbate peroxidase and forage yield of two safflower cultivars (Carthamus tinctorius L.). Plant Process and Function, 8 (32) :137-156. [In Persian]
Emami, A. (1996). Methods of plant analysis. Soil and Water Research Institute, 982(1): 128. [In Persian]
Fallah Nusratabad, A. (2019). The effect of sulfur and Thiobacillus inoculum on phosphorus absorption in rapeseed. Oilseed Plants, 2(1): 7-12. [In Persian]
Fattahi, M., Janmohammadi, M., & Sabaghnia, N. (2024). The agronomic response of Carthamus tinctorius to sulphur fertilizers. Agriculture and Forestry, 70(1): 203-215.
Ge, TD., Sun, NB., Bai, LP. Tong, CL. & Sui, FG. (2012). Effects of drought stress on phosphorus and potassium uptake dynamics in summer maize (Zea mays) throughout the growth cycle. Acta Physiologiae Plantarum, 34: 2179–2186.
Ghasem Beiki, S., Majidian, P., Rameeh, V., Gerami, M., & Masoudi, B. (2021). Effect of sulfur application inoculated with Thiobacillus bacteria on some physiological characteristics of promising line of L17 canola (Brassica napus L.) under rainfed conditions of Mazandaran. Crop Physiology Journal, 12 (48): 115-131.  [In Persian]
Gholami, M., Koochekzadeh, A., Siadat, A., Moradi Telavat, M.R., & Rafiee, M. (2022a). Evaluation the nutrient content of different rapeseed (Brassica napus L.) cultivars under the effect of Azotobacter and irrigation. Iranian Journal of Field Crop Science, 53(1): 27-38. [In Persian]
Gholami, M., Siadat, S.A., Koochakzadeh, A., Moradi Telavat, M.R., & Rrafiei, M. (2022b). Survey of Azotobacter inoculation and cessation of irrigation on yield and some physiological characteristics of rapeseed cultivars. Environmental Stresses in Crop Sciences, 15(2): 375-392. [In Persian]
Gohargani, J. (2015). Effect of sulfur, organic matter and Thiobacillus on availability of micronutrients in canola seeds in a calcareous soil. Journal of Soil Biology, 3(1): 73-82. [In Persian]
Hadi, H., Seyed Sharifi, R., & Namur, A. (2015). Plant protection and abiotic stresses. (First Edition. ed.). Publications of Urmia University. 346p. [In Persian]
Heath, R.L., & Packer, L. (1968). Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics, 125(1): 189-198.
Heidari, G., Hasanzadeh, B., Siosemardeh, A., Sohrabi, Y., Emam, Y., & Majidi, M. (2015). The effects of drought stress levels, sulfur application and manganese spraying on some physiological traits of sunflower (Helianthus annuus L). Iranian Dryland Agronomy Journal, 4(1): 29-44. [In Persian]
Ihara, H., Hori, T., Aoyagi, T., Takasaki, M., & Katayama, Y. (2017). Sulfur-oxidizing bacteria mediate microbial community succession and element cycling in launched marine sediment. Frontiers in Microbiology, 8: 152.
Irigoyen, J., Einerich, D., & Sánchez‐Díaz, M. (1992). Water stress induced changes in concentrations of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa (Medicago sativa) plants. Physiologia Plantarum, 84(1): 55-60.
Khorasaninejad, S., Alizadeh Ahmadabadi, A., & Hemmati, K. (2018). The effect of humic acid on leaf morphophysiological and phytochemical properties of Echinacea purpurea L. under water deficit stress. Scientia Horticulturae, 239: 314-323.
Kopriva, S., Malagoli, M., & Takahashi, H. (2019). Sulfur nutrition: impacts on plant development, metabolism, and stress responses. Oxford University Press UK. pp: 4069-4073.
Lichtenthaler, H. K. (1987). Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods in Enzymology, 148:350-382.
Liu, X., Wang, Q., Hu, C., Zhao, X., Duan, B., & Zhao, Z. (2016). Regulatory effects of sulfur on oilseed rape (Brassica napus L.) response to selenite. Soil Science and Plant Nutrition, 62(3): 247-253.
MacAdam, J.W., Nelson, C.J., & Sharp, R.E. (1992). Peroxidase activity in the leaf elongation zone of tall fescue: I. Spatial distribution of ionically bound peroxidase activity in genotypes differing in length of the elongation zone. Plant Physiology, 99(3): 872-878.
Maff, R. (1986). The analysis of agricultural materials. In: HMSO London.
Malcheska, F., Ahmad, A., Batool, S., Müller, H.M., Ludwig-Müller, J., Kreuzwieser, J., Randewig, D., Hänsch, R., Mendel, R.R., & Hell, R. (2017). Drought-enhanced xylem sap sulfate closes stomata by affecting ALMT12 and guard cell ABA synthesis. Plant Physiology, 174(2): 798-814.
Mondal, S. (2016). Efficiency of sulphur source on sesame (Sesamum indicum L.) in red and lateritic soil of West Bengal. International Journal of Plant, Animal and Environmental Sciences, 6: 65-70.
Moradi, O., & Pasari, B. (2022). Influence of sulfur fertilizers and nano-potassium foliar application on morphologic, agronomic characters and quality of safflower seeds. Sustainable Agricultural Research, 2(2): 27-43. [In Persian]
Mortazavi, A., & Kochaki, A. (2021). An introduction to industrial microbiology (The seventh edition ed.). Publications of Ferdowsi University of Mashhad. 365p. [In Persian]
Mosavi, S.M., Bijanzadeh, E., Zinati, Z., & Barati, V. (2020). Evaluation of photosynthetic pigments, antioxidant enzyme activity and seed yield of safflower cultivars under cutting off irrigation. Journal of Crops Improvement, 22(4): 571-586. [In Persian]
Motakefi, M., Sirousmehr, A., & Mousavi Nik, M. (2022). Effect of selenium and calcium foliar application on antioxidant enzymes activity and some biochemical traits of safflower under drought stress conditions. Iranian Journal of Plant Biology, 13(4): 69-88. [In Persian]
Motalebifard, R., & Nourgholipour, F. (2021). Effects of nitrogen and sulphur different levels and sources on yield, nutrients concentration and oil content of canola (Brassica napus L.). Applied Soil Research, 9(2): 31-46. [In Persian]
Mousavi Nik, M. (2012). Effect of drought stress and sulphur fertilizer on quantity and quality yield of psyllium (Plantago ovata L.) in Baluchestan. Journal of Agroecology, 4(2): 170-182. [In Persian]
Nazari, T., Barani, M., Dordipour, E., Nasrabadi, R., & Shahkolaie, S. (2018). Effect of humic acid on physiological indices of iron deficiency in canola (Brassica napus cv. Hyola 308). Water and Soil, 32(6): 1191-1205. [In Persian]
Noorbakhsh, F., Behdani, M., Jami, A.M., & Mahmoodi, S. (2014). Evaluation of integrated impact of sulfur and Thiobacillus on qualitative and morphological characteristics of safflower (Carthamus tinctorius L.). Journal of Agroecology, 6(1): 51-59.  [In Persian]
Pashang, D., Weisany, W., & Ghasem-Khan Ghajar, F. (2023). Effect of foliar application of auxin on morphophysiological and biochemical traits of safflower cultivars (spring and autumn) under drought stress. Environmental Stresses in Crop Sciences, 16(1): 19-33. [In Persian]
Patterson, B.D., MacRae, E.A., & Ferguson, I.B. (1984). Estimation of hydrogen peroxide in plant extracts using titanium (IV). Analytical biochemistry, 139(2): 487-492.
Rezaee, P., Kochaki, A., Nasiri, M., & Jahan, M. (2017). Yield and yield components of sesame influenced by chemical and biological fertilizers and irrigation levels. Journal of Agricultural Science and Sustainable Production, 27(4): 172-189. [In Persian]
Rostami, H., Abbasi, N., & Hajinia, S. (2022). Evaluation of yield and yield components and quality of camelina grain oil under fertilizer application. Iranian Journal of Field Crop Science, 53(4): 245-260. [In Persian]
Sargazi, S., Sirousmehr, A., & Ghanbari, A. (2023). Evaluation of morphological and biochemical traits of safflower (Carthamus tinctorius L.) under drought stress conditions and Foliar application of organic fertilizer. Journal of Plant Process and Function, 12(54): 105-122. [In Persian]
Sharifi Soltani, S., Ranjbar, G.A., Kazemitabar, S. K., Pakdin Parizi, A., & Najafi Zarini, H. (2022). Evaluation of photosynthetic pigment, antioxidant and non-antioxidant activity and some morphological traits changes under drought stress in castor plant (Ricinus Communis L.). Journal of Crop Breeding, 14(44): 119-130. [In Persian]
Shojaeian Kish, F., Yadavi, A., Movahhedi Dehnavi, M., Salehi, A., & Hamidian, M. (2021). Improvement of physiological characteristics and nutrient uptake of linseed (Linum usitatissimum) with biofertilizers application under irrigation withholding at different growth stages. Journal of Plant Process and Function, 10(44): 265-282. [In Persian]
Soleymani, D., Nasri, M., & Oveysi, M. (2017). Effects of foliar treatments (bacteria Thiobacillus, glycine betaine, Thiofol and salicylic acid) on yield and physiological traits of rapeseed (Brassica napus L.) under cut irrigation. Agronomic Research in Semi Desert Regions, 14(2): 101-110. [In Persian]
Soleymani, F., & Pirzad, A. (2016). The effect of mycorrhizal fungi on the oxidant enzymes activity in the medicinal herb, hyssop, under water deficit conditions. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 31(6): 1013-1023. [In Persian]
Wijewardana, C., Reddy, K.R., & Bellaloui, N. (2019). Soybean seed physiology, quality, and chemical composition under soil moisture stress. Food Chemistry, 278: 92-100.
Zandi, R., Rahnama, A., & Meskarbashi, M., (2023). Effects of deficit irrigation management on physiological and biochemical properties of two safflower cultivars. Applied Field Crops Research, 35(4): 24-1. [In Persian]
تولیدات گیاهی
دوره 48، شماره 1
فروردین 1404
صفحه 1-19
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار