واکنش شاخص‌های رشدی، فیزیولوژیک و ساکارز واریته‌های مختلف نیشکر به کاربرد سیلیکون در شرایط شوری آب

آب و خاک

دوره 39، شماره 1 - شماره پیاپی 99، فروردین و اردیبهشت 1404، صفحه 104-91   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.2025.91154.1456

نویسندگان

علی انصوری سواری؛ مجید نبی پور^* ؛ معصومه فرزانه

گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

شوری یکی از عوامل تنش‌زا است که به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم بر رشد و عملکرد گیاهان تأثیر می‌گذارد. به‌منظور ارزیابی تأثیر سیلیکون بر رشد و عملکرد نیشکر تحت تنش شوری حاصل از زه‌آب زراعت نیشکر، آزمایشی در دو سال‌ زراعی 1401- 1400 و 1402- 1401 به‌صورت گلدانی در مجموعه کشاورزی شرکت کشت و صنعت نیشکر دهخدا در قالب آزمایش اسپلیت اسپلیت پلات و طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. فاکتور اصلی آبیاری در سه سطح شوری 4/1 (شاهد)، 1/4 و 2/ 8 دسی‌زیمنس بر متر، دو واریته CP73-21 و CP69-1062 و زمان کاربرد سیلیکون در چهار سطح شاهد (بدون کاربرد سیلیکون)، یک‌ماه قبل از تنش، همزمان با تنش و یک‌ماه بعد از اعمال تنش شوری به‌عنوان فاکتور فرعی در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد، تنش شوری ارتفاع ساقه نیشکر را به‌شدت کاهش داد. با آبیاری در سطح شوری 1/4 و 2/8 دسی‌زیمنس بر متر به‌ترتیب شاخص سبزینگی 3/22 و 27 درصد، رطوبت نسبی برگ 4/6 و 8/11 درصد، نشت الکترولیت 11 و 7/22 درصد، سرعت فتوسنتز 28 و 42 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت. همچنین کاهش 1/14 و 5/33 درصدی ساکارز و 5/20 و 8/42 درصدی شکر سفید به‌ترتیب در آبیاری با سطوح شوری 1/4 و 2/8 دسی‌زیمنس بر متر، برای واریته CP69-1062 نسبت به تیمار شاهد بدون تنش مشاهده شد. واریته CP69-1062 در همه صفات رشدی و فیزیولوژیکی توانایی بهتری نسبت به واریته CP73-21 از خود نشان داد. بهترین زمان کاربرد کود سیلیکون یک‌ماه قبل از اعمال تنش بود که سبب افزایش معنی‌دار همه صفات مورد مطالعه در تیمارهای آبیاری شده با سطوح شوری 4/1 و 1/4 دسی‌زیمنس بر متر نسبت به عدم کاربرد سیلیکون گردید. با کاربرد سیلیکون درصدهای ساکارز، خلوص و شکر سفید به‌ترتیب 1، 7/3 و 3 درصد در واریته CP69-1062 افزایش یافت. نتایج این تحقیق نشان داد استفاده از زه‌آب با شوری بالا از طریق ایجاد تنش یونی و اسمزی سبب کاهش ارتفاع ساقه نیشکر می‌گردد. لذا در سال‌هایی که منابع آبی کاهش پیدا می‌یابد می‌توان با اختلاط زه‌آب‌ها با شوری پایین و آب رودخانه به تولید پایدار نیشکر ادامه داد. همچنین به‌منظور کاهش شرایط تنش شوری می‌توان با تغذیه زودهنگام نیشکر با کود سیلیکون از آسیب‌های تنش کاست.

کلیدواژه‌ها

ارتفاع ساقه؛ تنش؛ درصد ساکارز؛ زه‌آب

مراجع

1. Abbasi, R.P., Rafiq, K., Fatima, S., Javed, M.T., Azeem, M., & Akram, M.S. (2023). In vitro silicon supplementation enhanced acclimatisation and growth of sugarcane (Saccharum officinarum) via improved antioxidant and nutrient acquisition patterns in saline soil. Functional Plant Biology, 51(1), NULL. https://doi.org/10.1071/FP22275
2. Abdelaal, K.A., EL-Maghraby, L.M., Elansary, H., Hafez, Y.M., Ibrahim, E.I., El-Banna, M., El-Esawi, M., & Elkelish, A. (2019). Treatment of sweet pepper with stress tolerance-inducing compounds alleviates salinity stress oxidative damage by mediating the physio-biochemical activities and antioxidant systems. Agronomy, 10(1), 26. https://doi.org/10.3390/agronomy10010026
3. Al-Rubaiee, F.A.A. (2024). Mitigation of salinity stress effects in tomatoa (Lycopersicon esculentum) by using calcium chloride. Nabatia, 12(1), 26-42. https://doi.org/10.21070/nabatia.v12i1.1636
4. Ali, M., Afzal, S., Parveen, A., Kamran, M., Javed, M.R., Abbasi, G.H., Malik, Z., Riaz, M., Ahmad, S., Chattha, M.S., Ali, M., Ali, Q., Uddin, M.Z., Rizwan, M., & Ali, S. (2021). Silicon mediated improvement in the growth and ion homeostasis by decreasing Na(+) uptake in maize (Zea mays) cultivars exposed to salinity stress. Plant Physiology Biochemical, 158, 208-218. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.10.040
5. Aras, S., Keles, H., & Eşitken, A. (2020). Silicon nutrition counteracts salt-induced damage associated with changes in biochemical responses in apple. Bragantia, 79, 1-7. https://doi.org/10.1590/1678-4499.20190153
6. Ashraf, M., Rahmatullah, Afzal, M., Ahmed, R., Mujeeb, F., Sarwar, A., & Ali, L. (2009). Alleviation of detrimental effects of NaCl by silicon nutrition in salt-sensitive and salt-tolerant genotypes of sugarcane (Saccharum officinarum). Plant and Soil, 326(1-2), 381-391. https://doi.org/10.1007/s11104-009-0019-9
7. Ashraf, M., Shahzad, S.M., Imtiaz, M., Rizwan, M.S., & Iqbal, M.M. (2017). Ameliorative effects of potassium nutrition on yield and fiber quality characteristics of cotton (Gossypium hirsutum ) under NaCl stress. Soil Environment, 36(1), 51-58. https:doi.org/10.25252/SE/17/31054
8. Bocharnikova, E.A., Nikpay, A., Majumdar, S., Ziaee, M., & Matichenkov, V.V. (2023). Bioactive silicon: Approach to enhance sugarcane yield under stress environment. In Agro-industrial Perspectives on Sugarcane Production under Environmental Stress (pp. 85-105). Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-19-3955-6_5
9. Brindha, C., Vasantha, S., & Arunkumar, R. (2019). The response of sugarcane genotypes subjected to salinity stress at different growth phases. Journal of Plant Stress Physiology, 5, 28-33. https://doi.org/10.25081/jpsp.2019.v5.5643
10. Chao, D.Y., Dilkes, B., Luo, H., Douglas, A., Yakubova, E., Lahner, B., & Salt, D.E. (2013). Polyploids exhibit higher potassium uptake and salinity tolerance in Arabidopsis. Science, 341(6146), 658-659. https:// doi.org/10.1126/science.1240561
11. Che, Y., Fan, D., Wang, Z., Xu, N., Zhang, H., Sun, G., & Chow, W.S. (2022). Potassium mitigates salt-stress impacts on photosynthesis by alleviation of the proton diffusion potential in thylakoids. Environmental and Experimental Botany, 194, https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2021.104708
12. Chen, J.C., & Chou, C.C. (1993). Cane sugar handbook: a manual for cane sugar manufacturers and their chemists. John Wiley & https://doi.org/10.1177/003072706400400412
13. Dhansu, P., Kumar, R., Kumar, A., Vengavasi, K., Raja, A.K., Vasantha, S., Meena, M.R., Kulshreshtha, N., & Pandey, S.K. (2022). Differential physiological traits, ion homeostasis and cane yield of sub-tropical sugarcane varieties in response to long-term salinity stress. Sustainability, 14(20), 13246. https://doi.org/10.3390/su142013246
14. Dhiman, P., Rajora, N., Bhardwaj, S., Sudhakaran, S.S., Kumar, A., Raturi, G., Chakraborty, K., Gupta, O. P., Devanna, B.N., Tripathi, D.K., & Deshmukh, R. (2021). Fascinating role of silicon to combat salinity stress in plants: An updated overview. Plant Physiol Biochem, 162, 110-123. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.02.023
15. Ebeed, H.T., Ahmed, H.S., & Hassan, N.M. (2024). Silicon transporters in plants: Unravelling the molecular Nexus with sodium and potassium transporters under salinity stress. Plant Gene, 100453. FAO. (2024). faostat, https://doi.org/10.1016/j.plgene.2024.100453
16. Flam-Shepherd, R., Huynh, W.Q., Coskun, D., Hamam, A.M., Britto, D.T., & Kronzucker, H.J. (2018). Membrane fluxes, bypass flows, and sodium stress in rice: the influence of silicon. Journal of Experimental Botany, 69(7), 1679-1692. https://doi.org/10.1093/jxb/erx460
17. Gehring, C. (2013). Cyclic Nucleotide Signaling in Plants.
18. Gomathi, R., & Thandapani, T. (2005). Salt stress in relation to nutrient accumulation and quality of sugarcane genotypes. Sugar Technology, 7, 39-47. https://doi.org/10.1007/bf02942416
19. Gong, H.J., Randall, D.P., & Flowers, T.J. (2006). Silicon deposition in the root reduces sodium uptake in rice (Oryza sativa) seedlings by reducing bypass flow. Plant Cell Environment, 29(10), 1970-1979. https://doi.org/ 10.1111/j.1365-3040.2006.01572.x
20. Guntzer, F., Keller, C., & Meunier, J.-D. (2011). Benefits of plant silicon for crops: a review. Agronomy for Sustainable Development, 32(1), 201-213. https://org/10.1007/s13593-011-0039-8
21. Hashemi, A., Abdolzadeh, A., & Sadeghipour, H.R. (2010). Beneficial effects of silicon nutrition in alleviating salinity stress in hydroponically grown canola, Brassica napus , plants. Soil Science & Plant Nutrition, 56(2), 244-253. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2009.00443.x
22. Heile, A.O., Aslam, Z., Hussain, A., Aslam, M., Saleem, M.H., Abualreesh, M.H., Alatawi, A., & Ali, S. (2021). Alleviation of cadmium phytotoxicity using silicon fertilization in wheat by altering antioxidant metabolism and osmotic adjustment. Sustainability, 13(20), 11317. https://doi.org/10.3390/su132011317
23. Hernandez-Apaolaza, L. (2014). Can silicon partially alleviate micronutrient deficiency in plants? A review. Planta, 240(3), 447-458. https://doi.org/10.1007/s00425-014-2119-x
24. Hoque, T.S., Sohag, A.A.M., Burritt, D.J., & Hossain, M.A. (2020). Salicylic acid-mediated salt stress tolerance in plants. Plant Phenolics in Sustainable Agriculture, 1, 1-38. https://doi.org/10.1007/978-981-15-4890-1_1
25. Hussain, A., Khan, Z.I., Rashid, M.H., Ashraf, M., & Akhtar, M.S. (2003). Soil salinity effects on sugarcane productivity, biochemical characteristics, and invertase activity. Pakistan Journal of Life and Social Sciences, 1(2), 114-121.
26. KG, A.B. (2009). International commission for uniform methods of sugar Analysis (ICUMSA).
27. Khan, W.U.D., Aziz, T., Hussain, I., Ramzani, P.M.A., & Reichenauer, T.G. (2017). Silicon: a beneficial nutrient for maize crop to enhance photochemical efficiency of photosystem II under salt stress. Archives of Agronomy and Soil Science, 63(5), 599-611. https://doi.org/10.1080/03650340.2016.1233322
28. Lingle, S.E., & Wiegand, C.L. (1997). Soil salinity and sugarcane juice quality. Field Crops Research, 54(2-3), 259-268. https://doi.org/10.1016/S0378-4290(97)00058-0
29. Munns, R., James, R.A., & Lauchli, A. (2006). Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals. Journal of Experimental Botany, 57(5), 1025-1043. https://doi.org/10.1093/jxb/erj100
30. Norozi, M., ValizadehKaji, B., Karimi, R., & Nikoogoftar Sedghi, M. (2019). Effects of foliar application of potassium and zinc on pistachio (Pistacia vera) fruit yield. International Journal of Horticultural Science and Technology, 6(1), 113-123.
31. Parmesan, C., Morecroft, M.D., & Trisurat, Y. (2022). Climate change 2022: Impacts, adaptation and vulnerability https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg2/
32. Patade, V.Y., Suprasanna, P., & Bapat, V.A. (2008). Effects of salt stress in relation to osmotic adjustment on sugarcane (Saccharum officinarum) callus cultures. Plant Growth Regulation, 55(3), 169-173. https://doi.org/10.1007/s10725-008-9270-y
33. Rao, V.P., Sengar, R., Singh, S., & Sharma, V. (2015). Molecular and metabolic perspectives of sugarcane under salinity stress pressure. Progressive Agriculture, 15(1), 77-84.
34. Ritchie, S.W., Nguyen, H.T., & Holaday, A.S. (1990). Leaf water content and gas‐exchange parameters of two wheat genotypes differing in drought resistance. Crop Science, 30(1), 105-111. https://doi.org/10.2135/ cropsci1990.0011183X003000010025x
35. Savant, N.K., Korndörfer, G.H., Datnoff, L.E., & Snyder, G.H. (1999). Silicon nutrition and sugarcane production: a review. Journal of Plant Nutrition, 22(12), 1853-1903. https://doi.org/10.1080/01904169909365761
36. Shah, T., Latif, S., Saeed, F., Ali, I., Ullah, S., Alsahli, A.A., Jan, S., & Ahmad, P. (2021). Seed priming with titanium dioxide nanoparticles enhances seed vigor, leaf water status, and antioxidant enzyme activities in maize (Zea mays ) under salinity stress. Journal of King Saud University-Science, 33(1), 101207. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2020.10.004
37. Shahid, M.A., Balal, R.M., Pervez, M.A., Abbas, T., AQUEEL, M.A., Javaid, M.M., & Garcia-Sanchez, F. (2015). Foliar spray of phyto-extracts supplemented with silicon: an efficacious strategy to alleviate the salinity-induced deleterious effects in pea (Pisum sativum). Turkish Journal of Botany, 39(3), 408-419. https://doi.org/10.3906/bot-1406-84
38. Sharma, A., Singh, R.K., Singh, P., Vaishnav, A., Guo, D.-J., Verma, K.K., Li, D.-P., Song, X.-P., Malviya, M.K., & Khan, N. (2021). Insights into the bacterial and nitric oxide-induced salt tolerance in sugarcane and their growth-promoting abilities. Microorganisms, 9(11), 2203. https://doi.org/10.3390/microorganisms9112203
39. Tuna, A.L., Kaya, C., Higgs, D., Murillo-Amador, B., Aydemir, S., & Girgin, A.R. (2008). Silicon improves salinity tolerance in wheat plants. Environmental and Experimental Botany, 62(1), 10,16. https://doi.org/ 10.1016/j.envexpbot.2007.06.006
40. Yan, G., Fan, X., Zheng, W., Gao, Z., Yin, C., Li, T., & Liang, Y. (2021). Silicon alleviates salt stress-induced potassium deficiency by promoting potassium uptake and translocation in rice (Oryza sativa). Journal Plant Physiology, 258-259, 153379. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2021.153379
41. Zhang, W., Yu, X., Li, M., Lang, D., Zhang, X., & Xie, Z. (2018). Silicon promotes growth and root yield of Glycyrrhiza uralensis under salt and drought stresses through enhancing osmotic adjustment and regulating antioxidant metabolism. Crop Protection, 107, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2018.01.005
42. Zhao, D., Zhu, K., Momotaz, A., & Gao, X. (2020). Sugarcane plant growth and physiological responses to soil salinity during tillering and stalk elongation. Agriculture, 10(12), 608. https://doi.org/10.3390/agriculture10120608
43. Zhao, Y., Aspinall, , & Paleg, L. (1992). Protection of membrane integrity in Medicago sativa L. by glycinebetaine against the effects of freezing. Journal of Plant Physiology, 140(5), 541-543. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)80785-6
44. Zhu, J.K. (2003). Regulation of ion homeostasis under salt stress. Current Opinion in Plant Biology, 6(5), 441-445. https://doi.org/10.1016/s1369-5266(03)00085-2