بررسی تأثیر محلول‌پاشی اسید هیومیک و نانوکیتوزان بر برخی ویژگی‌های کیفی بذر گندم نان در شرایط دیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

2 مرکز تحقیقات غلات، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

10.22126/cbb.2025.12382.1113

چکیده

مقدمه: گندم غذای اصلی 5/2 میلیارد نفر و تأمین‌کننده ۵۰٪ کالری در مناطق خشک آفریقا و آسیا از جمله ایران است. اسید هیومیک و کیتوزان دو ترکیب آلی طبیعی هستند که از راه تأثیر بر ویژگی‌های گوناگون گیاه زراعی مانند واکنش‌های فیزیولوژیک، بر تحمل به خشکی و کیفیت بذر تأثیر می‌گذارد. با این­حال نانو کیتوزان به دلیل اندازه کوچک و نسبت سطح به حجم بالاتر کارایی بیشتری از کیتوزان بالک دارد. از سوی دیگر به‌کارگیری هم‌زمان اسید هیومیک و نانو-کیتوزان با تأثیرگذاری بر مکانیسم‌های مولکولی تاثیر بیشتری بر بهبود کیفیت بذر گندم در شرایط دیم دارد. از آنجاییکه انجام پژوهش‌های کاربردی در مورد تنش خشکی به عنوان یکی از مهم‌ترین تهدیدهای امنیت غذایی جهانی اهمیت فراوانی دارد، این آزمایش با هدف بررسی امکان بهبود برخی شاخص‏های کیفی دانه گندم با محلول‏پاشی اسید هیومیک و نانو کیتوزان در منطقه کرمانشاه انجام شد.
مواد و روش‌ها: آزمایش در سال زراعی 1403-1402 در مزرعه پژوهشی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی به صورت طرح فاکتوریل در قالب طرح بلوک‏های کامل تصادفی با سه تکرار روی رقم هشترود گندم نان در شرایط دیم اجرا شد. فاکتورها شامل محلول‏پاشی اسید هیومیک در سه غلظت (0، 5 و 10 گرم در لیتر) و نانو کیتوزان در سه غلظت (0 ،250 و 500 پی‏پی‎ام) بودند. محلول‏پاشی اسید هیومیک و نانو کیتوزان در ابتدای مراحل ساقه‏دهی و ابتدای گلدهی گندم انجام و صفات عملکرد دانه، میزان گلوتن، وزن هکتولیتر، درصد پروتئین، همچنین پرولین و غلظت کلروفیل کل برگ پرچم اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: بر اساس نتایج تجزیه واریانس، اثر اسید هیومیک و نانو کیتوزان بر عملکرد و پروتئین دانه (P≤0/01) معنی‏دار شد. همچنین اثر متقابل اسید هیومیک × نانوکیتوزان بر شاخص گلوتن، پرولین برگ (P≤0/05)، محتوای کلروفیل کل برگ و وزن هکتولیتر (P≤0/01) معنی‌دار بود. بیشترین محتوای کلروفیل برگ در گیاهان تیمار شده با غلظت 500 پی‏پی‏ام نانو کیتوزان همراه با 10 گرم اسید هیومیک در لیتر مشاهده شد، در حالیکه در هر سه سطح اسید هیومیک، استفاده از 500 و 250 پی‏پی‏ام نانو کیتوزان، پرولین برگ را نسبت به شاهد افزایش داد. به گونه‏ای که بیشترین میزان پرولین برگ در تیمار ترکیبی 500 پی‏پی‏ام نانو کیتوزان با 10 و 5 ‏گرم اسید هیومیک در لیتر (به‌ترتیب 84/0 و 82/0 میلی‏گرم بر گرم وزن‏تر برگ) به‌دست آمد. افزون بر این افزایش سطوح اسید هیومیک میزان پروتئین دانه را به طور معنی‏داری افزایش داد. بیشترین و کمترین میزان پروتئین دانه به ترتیب به کاربرد 10 گرم اسید هیومیک در لیتر (22/14 درصد) و تیمار شاهد (40/12 درصد) مربوط بود. حداکثر گلوتن دانه نیز از کاربرد همزمان 500 پی‏پی‏ام نانو کیتوزان و 10 گرم در لیتر اسید هیومیک بود که نسبت به تیمار شاهد 60/5 درصد گلوتن بیشتری داشت. همچنین بیشترین میزان وزن هکتولیتر در غلظت 500 پی‏پی‏ام نانو کیتوزان و مصرف 10 و 5 گرم در لیتر اسید هیومیک با میزان 33/76 و 66/75 کیلوگرم مشاهده شد. در نهایت محلول‌پاشی اسید هیومیک و نانو کیتوزان عملکرد دانه را به ترتیب 11/83 و 89/158 کیلوگرم در هکتار نسبت به شاهد افزایش دادند.
نتیجه‌گیری: تأثیر مثبت مصرف اسید هیومیک و نانو کیتوزان به­طور مستقیم با افزایش عملکرد و به­طور غیر مستقیم با افزایش کیفیت گندم تولیدی و بهبود افزایش بهره‌وری مصرف نان، به تأمین امنیت غذایی کمک می‌کند. با این­حال چالش‌های پیش رو مانند مکانیزاسیون و نیروی کارگری مورد نیاز برای محلول‌پاشی در مزارع دیم که بیشتر تحت مدیریت کشاورزان خرده‌پا است نیز باید مورد توجه قرار گیرد. در این ارتباط شاید روش‌های نوین کشاورزی مانند کشاورزی دقیق، بتواند نقش برجسته‌ای داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Studying the effect of foliar humic acid and nano-chitosan application on some bread wheat seed quality characteristics under dryland conditions

نویسندگان [English]

  • Maryam Mohammadi 1
  • Mahmud Khoramivafa 1 2
  • Mohsen Saeidi 1 2
  • Leila Zarei 1 2
1 Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.
2 Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran. |Cereal Research Center, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Wheat is a staple food for 2.5 billion people and provides 5% of caloric intake in the arid regions of Africa and Asia, including Iran. Humic acid and chitosan are two natural organic compounds that enhance crop tolerance to drought and improve seed quality by influencing various physiological processes. Notably, nano-chitosan is more effective than bulk chitosan due to its smaller size and higher surface-area-to-volume ratio. Additionally, the combined application of humic acid and nano-chitosan significantly enhances wheat seed quality under dry conditions by affecting molecular mechanisms. Given that drought stress poses a substantial threat to global food security, this experiment aimed to explore the potential of improving wheat grain quality through the foliar application of humic acid and chitosan in Kermanshah.
Materials and methods: The experiment was conducted as a factorial design in a randomized complete block design, with three replications during the 2023-2024 growing season, using the Hashtrood wheat cultivar under dryland conditions. The experimental factors included three levels of foliar spraying with humic acid (0, 5, and 10 g/L) and three levels of chitosan nanoparticles (0, 250, and 500 ppm). The plants were sprayed with these treatments during the stem elongation and anthesis stages. The measurements taken included grain yield, grain gluten levels, hectoliter weight, grain protein percentage, proline content, and chlorophyll concentration in the flag leaf.
Results: The results indicated that both humic acid and nano-chitosan had significant effects on grain yield and protein content (P ≤ 0.01). Additionally, the interaction between humic acid and nano-chitosan significantly affected the gluten index, leaf proline levels (P ≤ 0.05), total leaf chlorophyll content, and hectoliter weight (P ≤ 0.01). The results indicated that the highest chlorophyll content in the leaves was observed with a treatment of 500 ppm nano-chitosan combined with 10 g/L of humic acid. Across all three levels of humic acid, the application of 500 and 250 ppm of nano-chitosan resulted in increased proline levels in the leaves. The highest proline content was recorded in the treatments with 500 ppm nano-chitosan and 10 g/L (0.84 mg/g leaf weight) and 5 g/L (0.82 mg/g leaf weight) of humic acid. Furthermore, increasing humic acid levels significantly elevated the grain protein content; the highest protein content (14.22%) was associated with the 10 g/L humic acid treatment compared to the control treatment (12.40%). The maximum gluten content was achieved with 500 ppm nano-chitosan and 10 g/L of humic acid, showing a 5.60% increase compared to the control. The highest hectoliter weight was observed with 10 and 5 g/L of humic acid in combination with 500 ppm of nano-chitosan (76.33 kg and 75.66 kg, respectively). Ultimately, the foliar application of humic acid and nano-chitosan resulted in grain yield increases of 83.11 kg/ha and 158.89 kg/ha, respectively.
Conclusion: The positive effects of foliar application of humic acid and nano-chitosan can contribute to food security by increasing both grain yield and quality, thereby enhancing bread productivity. However, challenges remain, such as the mechanization and labor demands for foliar application on rainfed farms primarily managed by smallholder farmers. In this context, modern agricultural techniques, such as precision agriculture, could play a significant role in addressing these challenges.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bread Quality
  • Food Security
  • Gluten
  • Productivity

مراجع

Aghaee Dizaj, L., Mohammadi, H., & Aghaee, A. 2022. Physiological response of two oregano species medicinal plant to foliar spraying of chitosan under water deficit stress conditions. Environmental Stresses in Crop Sciences, 15(1), 185-197. https://doi.org/10.22077/escs.2020.3603.1881  [In persian]
Ahmed, S., Ahmed, S.F., Biswas, A., Sultana, A., & Issak, M. 2024. Salicylic acid and chitosan mitigate high temperature stress of rice via growth improvement, physio-biochemical adjustments and enhanced antioxidant activity. Plant Stress, 11, 100343. https://doi.org/10.1016/j.stress.2023.100343
Alfatlawi, Z.H.C., & Alrubaiee, S.H.A.W. 2020. Effect of spraying different concentrations of humic acid on the growth and yield of wheat crop (IPA 99 cultivar) in different stages. Plant Archives, 20(2), 1517-1521. https://faculty.uobasrah.edu.iq/uploads/publications/1647284820.pdf
Ali, K.K., & Abd Asal, K.N. 2023. Effect of foliar application of calcium and nano-chitosan on the growth of rose seedlings. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1158(4), 042032. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1158/4/042032
Al-Zubaidi, N.A.J., & Awaid, B.M.R. 2023. Effect of foliar nutrition with humic, fulvic acid and proline and their interaction between them on the vegetative growth characteristics of sunflower Helianthus annuus L. Journal of Global Innovations in Agricultural Sciences, 11, 447-453. https://doi.org/10.22194/JGIAS/11.1098
Attaran Dowom, S., Karimian, Z., Mostafaei Dehnavi, M., & Samiei, L. 2022. Chitosan nanoparticles improve physiological and biochemical responses of Salvia abrotanoides (Kar.) under drought stress. BMC Plant Biology, 22(1), 364. https://doi.org/10.1186/s12870-022-03689-4
Bakhoum, G.S., Sadak, M.S., & Badr, E.A.E.M. 2020. Mitigation of adverse effects of salinity stress on sunflower plant (Helianthus annuus L.) by exogenous application of chitosan. Bulletin of the National Research Centre, 44, 1-11. https://doi.org/10.1080/01904167.2019.1617308
Bates, L. S., Waldren, R.A., & Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil, 39, 205-207. https://doi.org/10.1007/BF00018060
Behboudi, F., Tahmasebi-Sarvestani, Z., Kassaee, M.Z., Modarres-Sanavy, S.A.M., Sorooshzadeh, A., & Mokhtassi-Bidgoli, A. 2019. Evaluation of chitosan nanoparticles effects with two application methods on wheat under drought stress. Journal of Plant Nutrition, 42(13), 1439-1451. https://doi.org/10.1080/01904167.2019.1617308
Bijanzadeh, E., Naderi, R., & Egan, T.P. 2019. Exogenous application of humic acid and salicylic acid to alleviate seedling drought stress in two corn (Zea mays L.) hybrids. Journal of Plant Nutrition, 42(13), 1483-1495. https://doi.org/10.1080/01904167.2019.1617312
Chen, Q., Qu, Z., Ma, G., Wang, W., Dai, J., Zhang, M., Wei, Z. & Liu, Z. 2022. Humic acid modulates growth, photosynthesis, hormone and osmolytes system of maize under drought conditions. Agricultural Water Management, 263, 10744.7 https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.107447
Delfine, S., Tognetti, R., Desiderio, E., & Alvino, A. 2005. Effect of foliar application of N and humic acids on growth and yield of durum wheat. Agronomy for sustainable Development, 25(2), 183-191. https://doi.org/10.1051/agro:2005017
Dolatkhah Dashtmian, A., Hosseini Mazinani, S. M., & Pazoki, A. 2023. Exogenous chitosan nanoparticles modulated drought stress through changing yield, biochemical attributes, and fatty acid profile of common bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars. Gesunde Pflanzen, 75(6), 2463-2476. https://doi.org/10.1007/s10343-023-00912-6
El-Bassiouny, H.M.S., Abdallah, M.M.S., Al-Ashkar, N.M., & Bakry, B.A. 2023. Potential impacts of chitosan on growth, yield, endogenous phytohormones, and antioxidants of wheat plant grown under sandy soil conditions. Agronomy Research, 21(1), 39–61 https://doi.org/10.15159/AR.23.020
Elshamly, A.M., Iqbal, R., Elshikh, M.S., Alwasel, Y.A., & Chaudhary, T. 2024. Chitosan combined with humic applications during sensitive growth stages to drought improves nutritional status and water relations of sweet potato. Scientific Reports, 14(1), 6351. https://doi.org/10.1038/s41598-024-55904-x
Farhadian, M., Fallah, S., Kaul, H. P., & Salehi, A. 2024. Effects of cow manure and humic acid on Echinacea purpurea (L.) performance and essential oils accumulation under drought conditions. Industrial Crops and Products, 222: 119826. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.119826
Gholinezhad, E., & Eivazi, A. 2020. Evaluation of the Interaction of Water Stress and Superabsorbent on the Characteristics Related to the Quality of Bread Wheat Cultivars (Triticum aestivum). Journal of Crop Production and Processing, 10 (1), 23-37. http://dorl.net/dor/20.1001.1.22518517.1399.10.1.7.3 [In Persian]
Helrich, K. 1990. Association of official analytical chemists. Journal of AOAC, Incorporated, 15(1), 673.
Ibrahim, M.E., Hussein, A.M.S., Ali, A.A., & Elkoussy, A. H. 2019. Effect of mineral and organic fertilizers on yield and technological traits of some bread wheat varieties. Menoufia Journal of Plant Production, 4(1), 19-38. https://dx.doi.org/10.21608/mjppf.2020.174196
Jahanbani, A., Asghari Zakaria, R., Ashrafi, V., Ghasemi Kalkhoran, M. & Shahriary, R. 2023. Effect of foliar application of chitosan and humic acid on yield and yield components of bread wheat under end-season drought stress. Environmental Stresses in Crop Sciences, 16(4), 905-918. https://doi.org/10.22077/escs.2023.5127.2111
Khati, P., Chaudhary, P., Gangola, S., Bhatt, P., & Sharma, A. 2017. Nanochitosan supports growth of Zea mays and also maintains soil health following growth. 3 Biotech, 7: 1-9. https://doi.org/10.1007/s13205-017-0668-y
Lichtenthaler, H. & Wellburn, A. R. 1983. Determination of total carotenoids and chlorophyll a and chlorophyll b leaf extracts in different solvents. Biochemical Society Transactions, 603, 591-592. http://dx.doi.org/10.1042/bst0110591
Makhlouf, B.S.I., Khalil, S.R.A.E., & Saudy, H.S. 2022. Efficacy of humic acids and chitosan for enhancing yield and sugar quality of sugar beet under moderate and severe drought. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 22(2), 1676-1691. https://doi.org/10.1007/s42729-022-00762-7
Makvandi, M., Bakhshandeh, A., Moshatati, A., Moradi Telavat, M., & Khodaei joghan, A. 2024. The Effect of combined use of nitrogen fertilizer and sugarcane residue compost on wheat grain quality and yield under terminal heat stress conditions in Ahwaz. Journal of Crops Improvement, 26(1), 51-74. https://doi.org/10.22059/jci.2023.358472.2810  [In Persian]
Manal, F.M., Thalooth, A.T., Amal, G.A., Magda, H.M., & Elewa, T. A. 2016. Evaluation of the effect of chemical fertilizer and humic acid on yield and yield components of wheat plants (Triticum aestivum) grown under newly reclaimed sandy soil. International Journal of ChemTech Research, 9(8), 154-61. https://sphinxsai.com/2016/ch_vol9_no8/1/(154-161)V9N8CT.pdf
Matuszak-Slamani, R., Bejger, R., Włodarczyk, M., Kulpa, D., Sienkiewicz, M., Gołębiowska, D., Skórska, E., & Ukalska-Jaruga, A. 2022. Effect of humic acids on soybean seedling growth under polyethylene-glycol-6000-induced drought stress. Agronomy, 12(5): 1109. https://doi.org/10.3390/agronomy12051109
Mutlu, A., & Tas, T. 2022. Foliar application of humic acid at heading improves physiological and agronomic characteristics of durum wheat (Triticum durum L.). Journal of King Saud University-Science, 34(8), 102320. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2022.102320
Parvin, L., Gharineh, M.H., Khodaei Joghan, A., & Moshatati, A. 2020. The Effect of humic acid foliar application on some qualitative characteristics and micronutrients accumulation in the shoot and grain of Triticale (X Tritico-secale Wittmack). Journal of Crop Production and Processing; 10 (1), 99-112. http://dorl.net/dor/20.1001.1.22518517.1399.10.1.10.6  [In Persian]
Pavani, T., Deshmukh, P.W., & Yadav, O.S. 2022. Effect of foliar application of humic acid on yield parameters and quality of chilli. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 11(3), 235-239. https://doi.org/10.22271/phyto.2022.v11.i3c.14423
Safaei, Z., Azizi, M., Davarynejad, G., & Aroiee, H. 2014. The effect of foliar application of humic acid and nanofertilizer (Pharmks®) on yield and yield components of black cumin (Nigella sativa L.). Journal of Medicinal Plants and By-products, 3(2), 133-140. https://doi.org/10.22092/jmpb.2014.108725
Sedri, M.H., Roohi, E., Niazian, M., & Niedbała, G. 2021. Interactive effects of nitrogen and potassium fertilizers on quantitative-qualitative traits and drought tolerance indices of rainfed wheat cultivar. Agronomy, 12(1), 30. https://doi.org/10.3390/agronomy12010030
Sharifi Kalyani, F., Siosemardeh, A., Hosseinpanahi, F., Jalali Honarmand, S., struik, P., & farooq, M. 2024. The effect of foliar application of Vitaspirin and some organic and inorganic compounds on the quantity and quality of grain yield of dryland wheat. Cereal Biotechnology and Biochemistry, 3(4), 498-516. https://doi.org/10.22126/cbb.2025.11566.1097 [In Persian]
Shen, J., Guo, M.J., Wang, Y.G., Yuan, X.Y., Wen, Y.Y., Song, X.E., Dong, S.Q., & Guo, P.Y. 2020. Humic acid improves the physiological and photosynthetic characteristics of millet seedlings under drought stress. Plant Signaling & Behavior, 15(8), 1774212. https://doi.org/10.1080/15592324.2020.1774212
Tehranifar, A., & Ameri, A. 2014. Effect of humic acid on nutrient uptake and physiological characteristics of Fragaria × Ananassa “Camarosa”. Acta Horticulturae, 1049, 391–394. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2014.1049.54
Taleshi, K. , Osooli, N., & Khavari, H. 2021. Effect of humic acid and complete micronutrient fertilizer on growth and economic yield of different bread wheat cultivars (Triticum aestivum L.). Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(5), 1351-1364. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.2008479.1400.52.5.14.8  [In Persian].

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار