بررسی تأثیر تنش‌های محیطی بر رشد و توسعه گیاه نی قمیش (Arundo donax) در شرایط آب و هوایی شهر مشهد

پژوهش های حفاظت گیاهان ایران

مقاله 6، دوره 37، شماره 2 - شماره پیاپی 60، تیر 1402، صفحه 177-193   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jpp.2023.78763.1106

نویسندگان

محسن الهی نژاد^{* 1}؛ قربانعلی اسدی¹؛ رضا توکل افشاری²

¹گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²گروه اگروتکنولوژی دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

به‌منظور بررسی اثر تیمار خشکی و شوری بر رشد و استقرار ریزوم گیاه قمیش Arundo donax آزمایشی در سال 1400 با استفاده از ریزوم‌های جمع‌آوری‌شده از اکوتیپ شهر گرگان و به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در 3 تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل سطوح مختلف تنش خشکی {100%، 75% و 50% ظرفیت زراعی} و سطوح مختلف تنش شوری {0 (آب مقطر)، 4، 8 و 12 دسی‌زیمنس بر متر} بود. نتایج کلی آزمایش نشان داد که وجود تنش‌های شوری و خشکی هر دو باعث کاهش شاخص‌های رشد و توسعه‌ای این گیاه می‌شوند و وجود این دو تنش محیطی می‌تواند شاخص‌های زیست‌توده اندام هوایی، زیست‌توده اندام زیرزمینی، ارتفاع گیاه، قطر ساقه و شاخص سطح برگ را کاهش دهد. تأثیر تنش شوری بر کاهش شاخص‌های اندازه‌گیری شده کمتر از تنش خشکی بود به‌نحوی که اختلاف بین سطوح تنش شوری در سطوح مختلف تنش خشکی در همه شاخص‌های اندازه‌گیری شده به جز زیست‌توده اندام هوایی اختلاف ناچیزی با یکدیگر داشتند ولی در مقایسه اثر تنش خشکی در سطوح مختلف سطح با یکدیگر به این نتیجه می‌رسیم که تنش خشکی به تنهایی منجر به کاهش معنی‌دار شاخص‌های رشد نسبت به تیمار شاهد می‌گردد. حداکثر میزان زیست‌توده اندام هوایی در شرایط بدون تنش (شاهد) به میزان 2840 گرم ایجاد شد و با افزایش سطوح تنش شوری و خشکی این مقدار کاهش پیدا می‌کند به‌نحوی که کمترین مقدار زیست توده در شرایط تنش خشکی و شوری حداکثری به میزان 988 گرم حاصل شد. زیست توده اندام هوایی نی قمیش در طول زمان در سطوح مختلف تنش شوری و خشکی افزایش پیدا کرد و مقدار آن از کمتر از 300 گرم در ابتدای فصل رشد در همه سطوح تنش به بیش از 1000 تا 2500 گرم در پایان فصل رشد در سطوح مختلف تنش رسید؛ همچنین پارامترهای حاصل از اثر تنش‌های شوری و خشکی بر قطر ساقه، ارتفاع گیاه و سطح برگ نی قمیش نشان داد که این گیاه در تنش‌های جزئی خشکی تا حدی مقاومت نشان داده و این شاخص‌ها کمتر در آن کاهش پیدا می‌کند، اما در تنش شدید خشکی این مقدار کاهش شدید پیدا کرد. نتایج تجزیه واریانس این آزمایش نیز نشان داد تیمار شوری و خشکی و اثر متقابل آن دو منجر به ایجاد اختلاف معنی‌دار با تیمار شاهد گردید. اثر ساده تیمار شوری به جز در شاخص سطح برگ و قطر ساقه در سایر شاخص‌ها نسبت به تیمار شاهد اختلاف معنی‌دار نشان داد با این وجود اثر ساده تیمار خشکی در تمامی شاخص‌های اندازه‌گیری شده معنی‌داری را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

تنش‌های محیطی؛ خشکی؛ رشد؛ گیاه مهاجم؛ نی قمیش

مراجع

1. Abichandani, S.L. (2007). The potential impact of the invasive species Arundo donax on water resources along the Santa Clara River: seasonal and diurnal transpiration. University of California, Los Angeles. pp 44. http://dx.doi.org/10.3390/hydrology2030134
2. Angelini, L.G., Ceccarini, L., Nassi, O., Di Nasso, N., & Bonari, E. (2009). Comparison of Arundo donax and Miscanthus x giganteus in a long-term field experiment in Central Italy: analysis of productive characteristics and energy balance. Biomass and Bioenergy, 33, 635–643. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.10.005
3. Baker, H. (1974). The evolution of weeds. Annual Review of Ecology and Systematics 5, 24.
4. Bell, G.P. (1997). Ecology and management of Arundo donax, and approaches to riparian habitat estoration in southern California. In: Plant Invasions: Studies from North America and Europe (eds Brock JH, Wade M, Pysek P, Green D), pp. 103–113.
5. Beringer, T., Lucht, W., & Schaphoff, S. (2011). Bioenergy production potential of global biomass plantations under environmental and agricultural constraints. Global Change Biology Bioenergy 3, 299–312. https://doi.org/10.1111/j.1757-1707.2010.01088
6. Centritto, M., Loreto, F., & Chartzoulakis, K. (2003). The use of low [CO2] to estimate diffusional and non-diffusional limitations of photosynthetic capacity of salt-stressed olive saplings. Plant, Cell & Environment, 26, 585–594. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.2003.00993
7. Chaves, M.M., Costa, J.M., & Saibo, N.J.M. (2011). Recent advances in photosynthesis under drought and salinity. Advances in Botanical Research, 57, 49–104. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-387692-8.00003-5
8. Chaves, M.M., Flexas, J., & Pinheiro, C. (2009). Photosynthesis under drought and salt stress: regulation mechanisms from whole plant to cell. Annual Botanical, 103, 551–560. https://doi.org/10.1093/aob/mcn125
9. Cornic, G. (2000). Drought stress inhibits photosynthesis by decreasing stomatal aperture – not by affecting. Trends in Plant Science, 5, 187–188. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(00)01625-3
10. Cosentino, S.L., Patanè, C., Sanzone, E., Testa, G., & Scordia, D. (2016). Leaf gas exchange, water status and radiation use efficiency of giant reed (Arundo donax) in a changing soil nitrogen fertilization and soil water availability in a semi-arid Mediterranean area. European Journal of Agronomy, 72, 56–69. https://doi.org/10.1016/j.eja.2015.09.011
11. Curt, M.D., Sanz, M., & Mauri, P.V. (2018). Effect of water regime change in a mature Arundo donax crop under a xeric Mediterranean climate. Biomass and Bioenergy, 115, 203–209. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.04.018
12. Czech, B., & Krausman, P. (1997). Distribution and causation of species endangerment in the United State. Invasive Plant Science and Management, 4, 439–444.
13. Danin, A. (2004). Arundo (Gramineae) in the Mediterranean reconsidered. Willdenowia, 34, 361–369.
14. Decruyenaere, J.G., & Holt, J.S. (2005). Ramet demography of a clonal invader, Arundo donax (Poaceae), in Southern California. Plant and Soil, 277, 41–52.
15. Flexas, J., Bota, J., Loreto, F., Cornic, G., & Sharkey, T.D. (2004). Diffusive and metabolic limitations to photosynthesis under drought and salinity in C3 plants. Plant Biology, 6, 269–279. https://doi.org/10.1055/s-2004-820867
16. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2013). FAOSTAT. Agri-Environmental Indicators. Available at http://faostat3.fao.org (accessed 05 March 2014).
17. Gasith, A., & Resh, V.H. (1999). Streams in Mediterranean climate regions: abiotic influences and biotic responses to predictable seasonal events. Annual Review of Ecology and Systematics, 30, 51-81.
18. Gordon, D.R., Tancig, K.J., Onderdonk, D.A., & Gantz, C.A. (2011). Assessing the invasive potential of biofuel species proposed for Florida and the United States using the Australian Weed Risk Assessment. Biomass and Bioenergy, 35, 74–79. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2010.08.029
19. Grzesiak, M.T., Waligórski, P., Janowiak, F., Marcińska, I., Hura, K., Szczyrek, P., & Głąb, T. (2013). The relations between drought susceptibility index based on grain yield (DSIGY) and key physiological seedling traits in maize and triticale genotypes. Acta Physiol Plant, 35, 549–565.
20. Haworth, M., Cosentino, S.L., Marino, G. (2017). Physiological responses of Arundo donax ecotypes to drought: a common garden study. GCB Bioenergy, 9, 132–143. https://doi.org/10.1111/gcbb.12348
21. Hernández, I., Alegre, L., & Munné-Bosch, S. (2012). Drought-induced changes in flavonoids and other low molecular weight antioxidants in Cistus clusii grown under Mediterranean field conditions. Tree Physiology, 24, 1303–1311. https://doi.org/10.1093/treephys/24.11.1303
22. Jørgensen, U. (2011). Benefits versus risks of growing biofuel crops: the case of Miscanthus. Current Opinion in Environmental Sustainability, 3, 24–30. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2010.12.003
23. Juneau, K.J., & Tarasoff, C.S. (2013). The seasonality of survival and subsequent growth of common reed (Phragmites australis) rhizome fragments. Invasive Plant Science and Management, 6, 79-86. https://doi.org/10.1614/IPSM-D-12-00051.1
24. Lambert, A.M., Dudley, T.L., & Saltonstall, K. (2010). Ecology and impacts of the large-statured invasive grasses Arundo donax and Phragmites australis in North America. Invasive Plant Science and Management, 3, 489–494. http://dx.doi.org/10.1614/IPSM-D-10-00031.1
25. Lauteri, M., Haworth, M., Serraj, R., Monteverdi, M.C., & Centritto, M. (2014). Photosynthetic diffusional constraints affect yield in drought stressed rice cultivars during flowering. PLoS One, 9, e109054. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0109054
26. Lawlor, D.W., & Cornic, G. (2002). Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants. Plant, Cell & Environment, 25, 275–294. https://doi.org/10.1046/j.0016-8025.2001.00814
27. Long, S.P., & Bernacchi, C.J. (2003). Gas exchange measurements, what can they tell us about the underlying limitations to photosynthesis? Procedures and sources of error. Journal of Experimental Botany 54, 2393–2401. https://doi.org/10.1093/jxb/erg262
28. Loreto, F., & Fineschi, S. (2015). Reconciling functions and evolution of isoprene emission in higher plants. The New Phytologist, 206, 578–582. https://doi.org/10.1111/nph.13242
29. Mann, J., Barnet, J., Guy, B., & Joseph, M. (2013). Miscanthus 3 giganteus and Arundo donax shoot and rhizome tolerance of extreme moisture stress. Global Change Biology, 5, 693-700. https://doi.org/10.1111/gcbb.12039
30. Mantineo, M., D’Agosta, G.M., Copani, V., Patanè, C., & Cosentino, S.L. (2009). Biomass yield and energy balance of three perennial crops for energy use in the semi-arid Mediterranean environment. Field Crops Research, 114, 204–213. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2009.07.020
31. Mariani, C., Cabrini, R., Danin, A. (2010). Origin, diffusion and reproduction of the giant reed (Arundo donax): a promising weedy energy crop. Annals of Applied Biology, 157, 191–202. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2010.00419.x
32. Munns, R. (2002). Comparative physiology of salt and water stress. Plant, Cell & Environment 25, 239–250. https://doi.org/10.1046/j.0016-8025.2001.00808
33. Pilu, R., Cassani, E., & Landoni, M. (2014). Genetic characterization of an Italian giant reed (Arundo donax) clones collection: exploiting clonal selection. Euphytica, 196, 169–181.
34. Signarbieux, C., & Feller, U. (2011). Non-stomatal limitations of photosynthesis in grassland species under artificial drought in the field. Environment and Experimental Botany, 71, 192–197. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2010.12.003
35. Silva, E.N., Ferreira-Silva, S.L., Fontenele, A.V., Ribeiro, R.V., Viégas, R.A., & Silveira, J.A. (2010). Photosynthetic changes and protective mechanisms against oxidative damage subjected to isolated and combined drought and heat stresses in Jatropha curcas plants. Journal of Plant Physiology, 167, 1157–1164. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2010.03.005
36. Steinmaus, S., & Norris, R.F. (2002). Growth analysis and canopy architecture of velvetleaf grown under light conditions representative of irrigated Mediterranean-type agroecosystems. Weed Science, 50, 42-53. https://doi.org/10.1614/0043-1745(2002)050[0042:GAACAO]2.0.CO;2
37. Trnka, M., Olesen, J.E., & Kersebaum, K.C. (2011). Agroclimatic conditions in Europe under climate change. Global Change Biology, 17, 2298–2318. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02396
38. Valli, F., Trebbi, D., Zegada-Lizarazu, W., Monti, A., Tuberosa, R., & Salvi, S. (2017). In vitro physical mutagenesis of giant reed (Arundo donax). GCB Bioenergy, 9, 1380–1389. https://doi.org/10.1111/gcbb.12458
39. Watts, D.A., & Moore, G.W. (2011). Water-use dynamics of an invasive reed, Arundo donax, from leaf to stand. Wetlands, 31, 725–734. http://dx.doi.org/10.1007/s13157-011-0188-1
40. Wilhelm, C. (2014) Salt stress resistance – multisite regulation in focus. Journal Plant Physiology, 171, 1. http://dx.doi.org/10.1016/j.jplph.2013.11.001
41. Zub, H.W., & Brancourt-Hulmel, M. (2010). Agronomic and physiological performances of different species of Miscanthus, a major energy crop. A review. Agronomy for Sustainable Development, 30, 201–214. http://dx.doi.org/10.1007/978-94-007-0394-0_21
42. Zúñiga, E., Argandoña, V.H., Niemeyer, H.M., & Corcuera, L.J. (1983). Hydroxamic acid content in wild and cultivated gramineae. Phytochemistry, 22(12), 2665-2668.