نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ورامین-پیشوا، ورامین، ایران.

2 دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهر قدس، تهران، ایران

3 دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: خشکی، تابش و افزایش غلظت دی‌اکسید کربن، سه تنش عمده محیطی هستند که امنیت غذایی بشر را تهدید می‌کنند. در دهه‌های اخیر تحقیقاتی در زمینه تاثیر هر یک از این سه عامل بر رشد و تولید گیاهان زراعی انجام شده است، اما تحقیقی که مشتمل بر اثر متقابل این سه عامل بر صفات کمی و کیفی کلزا باشد در دسترس نیست. بر این اساس این آزمایش با هدف بررسی اثرات سطوح مختلف آبیاری، دی‌اکسید کربن و اشعه فرابنفش بر دو رقم کلزای پاییزه آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایۀ بلوک‌های کامل تصادفی در 3 تکرار در  سال 1392اجرا شد.مواد و روش­ها: در این آزمایش عامل اول دو رقم کلزای پاییزه شامل طلایه و اوکاپی، عامل دوم آبیاری در دو سطح آبیاری نرمال منطقه (شاهد یا عدم تنش کم‌آبی) و آبیاری به میزان 60٪ ظرفیت مزرعه از ابتدای مرحلۀ گل‌دهی تا انتهای آن، عامل سوم شامل دو سطح غلظت گاز دی‌اکسید کربن 400 (غلظت موجود در طبیعت) و 900 میکرومول بر مول هوا و عامل چهارم شامل سه طول موج تابش فرابنفش (طول موج‌های UV-A, B, C به ترتیب با شدت 18, 25 و 40 میکرووات بر سانتی‌متر مربع) انتخاب شد. صفاتی نظیر تعداد خورجین در بوته، تعداد دانه در خورجین، وزن هزار دانه، عملکرد دانه و عملکرد روغن، میزان رنگدانه فلاونوئید، رنگدانه آنتوسیانین و میزان فلورسانس مورد بررسی قرار گرفت.نتایج و بحث: نتایج نشان داد که اثر آبیاری بر کلیه صفات به جز عملکرد روغن اثر معنی‌دار دارد. همچنین نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از آن است که تنش خشکی سبب کاهش تعداد خورجین در بوته، تعداد دانه در خورجین، وزن هزار دانه، عملکرد دانه و میزان فلورسانس شد در حالی‌که سبب افزایش میزان رنگدانه‌های فلاونوئید و آنتوسیانین در گیاه شد. افزایش میزان سطح دی‌اکسید کربن نیز تنها بر تعداد خورجین در بوته، میزان فلاونوئید و آنتوسیانین معنی‌دار نبود. به‌طوری‌که افزایش میزان سطح دی‌اکسید کربن سبب افزایش وزن دانه‌ها، عملکرد دانه، عملکرد روغن و میزان فلورسانس گیاه شد. تاثیر اشعه فرابنفش بر کلیه صفات از نظر آماری معنی‌دار بود. در حالی‌که اشعه فرابنفش با سطوح پرانرژی‌تر سبب کاهش کلیه صفات آزمایشی به جز میزان فلاونوئید و آنتوسیانین‌ها شد. اثرات متقابل سه‌گانه آبیاری در دی‌اکسید کربن در اشعه فرابنفش نیز در سطح یک درصد بر عملکرد دانه و در سطح پنج درصد بر عملکرد روغن معنی‌دار شد. مقایسه میانگین‌های اثر متقابل سه‌گانه آبیاری در دی‌اکسید کربن در اشعۀ فرابنفش نیز نشان داد که هم در شرایط آبیاری و هم تنش بالاترین میانگین عملکرد دانه در شرایطی به دست آمد که از غلظت 900 ppm دی‌اکسید کربن و سطح تابش UVA استفاده شده بود.نتیجه‌گیری: در مجموع نتایج این بررسی نشان داد که افزایش سطح دی‌اکسید کربن می‌تواند اثرات مخرب سطوح پرانرژی اشعه فرابنفش را بر وزن هزار دانه، عملکرد دانه، عملکرد روغن و میزان فلورسانس جبران کند و سبب افزایش این صفات شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of elevated CO2, drought stress and ultra violet on quantity and quality characteristics in two autumn cultivars of canola (Brassica napus L.)

نویسندگان [English]

  • Hamid Reza Tohidi Moghadam 1
  • Behzad Sani 2
  • Hossein-Ali Sheybani 1
  • Seyed Ali Mohamad Modarres Sanavy 3

1 Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Islamic Azad University, Varamin- Pishva Branch, Varamin, Iran

2 Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Islamic Azad University, shahr e Qods, Tehran, Iran

3 Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Introduction: Drought, UV radiation and increased carbon dioxide concentrations are the most important abiotic stress factors threatening human food security. In the recent decades, several studies have been carried out for understanding the individual effect of each of these factors on crop growth and production. However, there is no comprehensive study encompassing the interaction between these factors on qualitative and quantitative traits of canola. Accordingly, an experiment was conducted to evaluate the role of irrigation levels, CO2 concentration levels and ultraviolet levels on two autumn cultivars of canola. Material and methods: the experiment was carried out as a Randomized Complete Block Design with a Factorial arrangement with three replications in 2013. The factors in this study included the two cultivars ‘Okapi’ and ‘Talaye’ and the irrigation strategy had two levels: normal irrigation as the control and drought stress from the flowering stage to physiological maturity (irrigation on base 60 percent of field capacity). CO2 concentration was allotted at two levels, namely ambient (400 µmol mol-1 ) and enriched (900 µmol mol-1 ) carbon dioxide (CO2) concentrations and ultraviolet radiation at three levels as follows: ultraviolet-A radiation (18µWcm-2 intensity), ultraviolet-B radiation (25µWcm-2 intensity) and ultraviolet-C radiation (40µWcm-2 intensity) respectively. In this study, the number of pods per plant, number of grains per pod, one thousand grain weight, grain yield and oil yield, flavonoid pigment, anthocyanin pigment and fluorescence were all determined. Results and discussion: The results showed that irrigation strategy significantly affected all the studied traits except for oil yield. Water stress significantly decreased the number of siliques per plant, number of seeds per silique, 1000-seed weight, the final yield and fluorescence but increased flavonoid and anthocyanin pigments. An increase in the CO2 level was not significant on silique number per plant, flavonoid and anthocyanin content but it significantly increased seed weight, final yield, oil yield and fluorescence in plants. The effect of UV radiation was significant on all studied traits, and UV radiation decreased all of the traits in this experiment except for flavonoid and anthocyanin pigments. Triple interaction between experimental factors was significant on seed yield and oil yield at 0.01 and 0.05 probability levels, respectively. Comparison of means indicated that either under full irrigation conditions or water stress conditions the maximum seed yield was related to 900 ppm CO2 and UVA treatment.Conclusion: Overall, elevated CO2 could ameliorate the adverse effects of UV radiation in 1000-seed weight, the final yield, oil yield and fluorescence and improve these traits.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Canola
  • Drought stress
  • Carbon Dioxide
  • Ultraviolet
  • Seed yield

Aljazairi, S., Arias, C. and Nogues, S., 2015. Carbon and nitrogen allocation and partitioning in traditional and modern wheat genotypes under pre-industrial and future CO2 conditions. Plant Biology.17, 647-659.

Anonymous. 2011. Scientific assessment of ozone depletion. Global Ozone Research and Monitoring Project Report. Geneva, Switzerland. W.M.O.

Bacelar, E., Moutinho-Pereira, J., Ferreira, H. and Correia, C., 2015. Enhanced ultraviolet-B radiation affect growth, yield and physiological processes on triticale plants. Procedia Environmental Sciences. 29, 219- 220.

Buchholz, G., Ehmann, B. and Wellman, E., 1995. Ultraviolet light inhibition of phytochorome induced flavonoid biosynthesis and DNA photolyase formation in mustard cotyledons (Synapis alba L.). Plant Physiology. 108, 227-234.

Correia, C.M., Pereira, J.M., Bjorn, L.O. and TorresPereira, J.M.G., 2005. Ultraviolet radiation and nitrogen affect the photosynthesis of maize. European Journal of Agronomy. 22, 337-347.

Del Amor, F.M., Pinero, M.C., Otalora-Alcon, G., Perez-Jimenez, M. and Marin-Minano, M., 2015. Effect of different nitrogen forms and CO2 enrichment on the nutrient uptake and water relations of pepper plants (Capsicum annuun L.). Procedia Environmental Sciences. 29, 203-204.

Dwivedi, R., Singh, V.P., Kumar, J. and Prasad, S.M., 2015. Differential physiological and biochemical responses of two Vigna species under enhanced UV-B radiation. Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 8, 73-181.

Finnan, J.M., Donnelly, A., Burke, J.I. and Jones, M.B., 2002. The effects of elevated concentrations of carbon dioxide and ozone on potato yield. Agriculture Ecosystems and Environment. 88, 11-22.

IPCC., 2014. Working Group III Technical Support Unit.Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Summary for Policymakers.

Krizek, D.T., Brita, S.J. and Miewcki, R.M., 1998. Inhibitory effects of ambient level of solar UV-A and UV-B on growth of cv. New Red Fire lettuce. Plant Physiology. 103, 1-7.

Liu, B., Liu, X.B., Li, Y.S. and Herbert, S.J., 2013. Effects of enhanced UV-B radiation on seed growth characteristics and yield components in soybean. Field Crops Research. 154, 158-163.

Liu, B., Wang, C., Jin, J., Liu, J.D., Zhang, Q.Y. and Liu, X.B., 2009. Responses of soybean and other plants to enhanced UV-B radiation. Soybean Science. 28, 1097-1102.

Lobell, D.B., Roberts, M.J., Schlenker, W., Braun, N., Little, B.B., Rejesus, R.M. and Hammer, G.L., 2014 Greater sensitivity to drought accompanies maize yield increase in the US Midwest. Science. 344, 516-519.

Marin, F.R., Jones, J.W., Singels, A., Royce, F., Assad, E.D., Pellegrino, G.Q. and Justino, F., 2013. Climate change impacts on sugarcane attainable yield in southern Brazil. Climate Change. 117, 227-239.

Olsson, L.C., Fraysee, L. and Bornman, J.F., 2000. Influence of high light and UVB radiation on photosynthesis and D1 turnover in atrazine-tolerant and sensitive cultivars of Brassica napus L. Journal of Experimental Botany. 51, 265-274.

Reyes-Fox, M., Steltzer, H., Trlica, M., McMaster, G.S., Andales, A.A., Le Cain, D.R. and Morgan, J.A., 2014. Elevated CO2 further lengthens growing season under warming conditions. Nature. 510, 259262.

Sharma, D.K., 1992. Physiological analysis of yield variations mustard varieties under water stress and non-stress conditions. Annals of Agricultural Research. 13, 174-176.

Shweta, M. and Agrawal, S.B., 2006. Interactive effects between supplemental ultraviolet-B radiation and heavy metals on the growth and biochemical characteristics of Spinacia oleracea L. Brazilian Journal of Plant Physiology. 18, 307-314.

Stokes, C.J, Inman-Bamber, N.G., Everingham, Y.L. and Sexton, J., 2016. Measuring and modelling CO2 effects on sugarcane. Environmental Modelling and Software. 78, 68-78.

Sullivan, J.H. and Teramura, A.H., 1990. Field study on the interaction between solar ultraviolet-B radiation and drought on photosynthesis and growth in soybean. Plant Physiology. 92, 141-146.

Tanyolac, D., Ekmekci, Y. and Unalan, S., 2007. Changes in photochemical and antioxidant enzyme activities in maize (Zea mays L.) leaves exposed to excess copper. Chemosphere .67, 89-98.

Unger, P.W., 1982. Time and frequency of irrigation effects on sunflower production and water use. Soil Science Social. American Journal. 46, 1072-1076.

اثر افزایش دیاکسید کربن، تنش خشکی و اشعۀ فرابنفش ...

پاییز ،3 فصلنامه علوم محیطی، دوره چهاردهم، شماره 70

Vandegeer, R., Miller, R.E., Bain, M., Gleadow, R.M. and Cavagnaro, T.R., 2013. Drought adversely affects tuber development and nutritional quality of the staple crop cassava (Manihot esculenta Crantz). Functional. Plant Biology. 40, 195-200.

Walton, G., Medham, N., Robertson, M. and Potter, T., 2002. Phenology, Physiology and Agronomy. Australian Journal of Agricultural Research. 59, 1425-39.

Wright, P.R., Morgan, J.M.R., Jessop, S. and Gass, A., 1995. Comparative adaption canola (Brassica napus L.) and Indian mustard (Brassica juncea) to soil water deficits: Yield and yield components. Field Crops Research. 42, 1-13.