تأثیر محلول‌پاشی کودهای کلاته و نانوذرات آهن و روی بر عملکرد، کیفیت و غنی‌سازی دانه ارقام گندم نان و دوروم تحت شرایط دیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1- دانشجوی دکتری اگروتکنولوژی، گرایش فیزیولوژی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایران

2 دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

3 دانشگاه رازی3- دانشیار مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی کرمانشاه، ایران.

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

5 استادیار موسسه تحقیقات دیم کشور، کرمانشاه، ایران.کز تحقیقات کشاورزی

10.22126/cbb.2025.13009.1122

چکیده

مقدمه: گندم (Triticum aesivum L.) یک گیاه زراعی اصلی و مهم است که به‌طور گسترده در طیف وسیعی از مناطق جهان کشت می‌گردد و یکی از منابع مهم پروتئین، کربوهیدرات، اسیدهای آمینه، فیبر و ویتامین محسوب می‌گردد. در بین عوامل محدود‌کننده عملکرد گندم، آب مهم‌ترین عاملی است که به خصوص در مناطق نیمه خشک و خشک جهان از جمله ایران باعث کاهش عملکرد آن می‌گردد. از اینرو تامین نیاز غذایی جمعیت رو به رشد را با مشکل مواجه می‌کند. همچنین کمبود آهن و روی یکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده تولید و کیفیت گندم در خاک‌های آهکی مناطق دیم است. بنابراین به دلیل اهمیت تنش خشکی روی عملکرد گندم، محققان را به سمت استفاده از روش‌های متنوع از جمله تأمین عناصر ریزمغذی در مراحل خاص از فنولوژی گندم برای جبران کمبود عملکرد این محصول مهم سوق داده است.
مواد و روش‌ها: این پژوهش با هدف بررسی اثرات محلول‌پاشی ترکیبی فرم‌های بالک از شرکت شیمی کرد و نانوذرات آهن و روی که از شرکت خضرا‌ بر عملکرد، اجزای عملکرد، کیفیت غذایی و غلظت این عناصر در دانه چهار رقم گندم نان و دوروم در شرایط دیم اجرا شد. آزمایش به صورت کرت‌های دو بار خرد شده در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در دو سال زراعی متوالی در استان کرمانشاه انجام شد. فاکتور اصلی شامل چهار رقم گندم (دو رقم گندم نان: ریژاو و جام؛ دو رقم دوروم: زردک و تابش) و فاکتور فرعی شامل نه تیمار کودی و تیمار شاهد (آب)، بالک و نانو ذرات آهن و روی در غلظت‌های )۰، ۴ و ۸ میلی‌گرم در لیتر) بود.
یافته‌ها: نتایج تجزیه مرکب نشان داد اثر متقابل رقم و نوع کود بر اغلب صفات معنی‌دار بود. بیش‌ترین ارتفاع بوته (8/93 سانتی‌متر) محتوی نسبی آب برگ (77/86 درصد)، سطح برگ (31/26 سانتی‌متر مربع) و تعداد دانه در سنبله (33 دانه) در گندم نان رقم جام با تیمار نانوذرات روی هشت میلی‌گرم در لیتر حاصل شد. عملکرد دانه و زیست‌توده تحت تأثیر مصرف نانوذرات به‌ویژه در غلظت هشت میلی‌گرم در لیترافزایش معنی‌دار یافت و بیش‌ترین عملکرد در تیمار نانوذره‌های روی هشت میلی‌گرم در لیتر در رقم جام (2791 کیلوگرم در هکتار) و سپس در تیمار نانو ذره روی هشت میلی‌گرم در لیتر در رقم ریژاو (2616 کیلوگرم در هکتار) حاصل شد. علاوه‌ بر این، محتوای کربوهیدرات‌ها، پروتئین دانه، غلظت آهن و روی دانه به‌طور قابل‌توجهی در تیمارهای نانو ذره‌های آهن و روی افزایش یافت. کاربرد نانو ذره‌های آهن و روی، به‌ویژه در غلظت هشت میلی‌گرم در لیتر، به‌طور معنی‌داری موجب بهبود صفات فیزیولوژیک، افزایش عملکرد و غنی‌سازی دانه‌های گندم با آهن و روی شد. تفاوت واکنش ارقام نشان‌دهنده اهمیت انتخاب رقم مناسب در کنار مدیریت نوین تغذیه‌ای است.
نتیجه‌گیری: در مجموع، این یافته‌ها به وضوح مؤید این موضوع است که پاسخ ارقام گندم به کاربرد عناصر ریزمغذی (آهن و روی) بسیار اختصاصی و وابسته به ژنوتیپ است. بنابراین، کاربرد نانوذرات می‌تواند به‌عنوان یک راهبرد مؤثر در بهبود عملکرد و کیفیت گندم‌های دیم به‌ویژه گندم نان و نیز در برنامه‌های غنی‌سازی زیستی توصیه گردد. ارقام گندم مورد بررسی واکنش مطلوب‌تری به محلول‌پاشی نانوکودها نشان دادند و در شاخص‌های فتوسنتزی و عملکرد برتر بودند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of foliar application of chelate fertilizers and iron and zinc nanoparticles on the yield, quality, and grain enrichment of bread and durum wheat cultivars under dryland conditions

نویسندگان [English]

  • somayeh karamichame 1
  • mohammad javad zarea 2
  • mohsen saeidi 3
  • Saeid Jalali Honarmand 4
  • Akbar shabani 5
1 PhD student in Agrotechnology, Crop Plant Physiology, Faculty of Agriculture, University of Ilam, Iran
2 Ilam university, ilam, iran
3 Associate Professor of Plant Production Engineering and Genetics, Department of Plant Production and Genetics, Razi University, Kermanshah, Iran. Assistant Professor, National Rainforest Research Institute, Kermanshah, Iran
4 Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.
5 Assistant Professor, National Rainforest Research Institute, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Introduction: Wheat (Triticum aesivum L.) is a major crop that is widely cultivated in a wide range of different regions in the world and is considered an important source of protein, carbohydrates, amino acids, fiber and vitamins. Among the factors limiting the performance of this crop, water is the most important factor that reduces its performance, especially in semi-arid and arid regions of the world, including Iran. Therefore, meeting the food needs of the growing population is a problem. Also, iron and zinc deficiencies is one oare the most important factors limiting the production and quality of wheat in calcareous soils of dryland areas. Therefore, the significance of further studies on drought stress and wheat leads researchers to use various methods, including the application of micronutrients at specific stages of wheat phenology.
Materials and methods: This study aimed to investigate the effects of combined foliar application of conventional (chelated) and modern (nano) forms of iron and zinc fertilizers on yield, yield components, nutritional quality, and grain concentration of these elements in four bread and durum wheat cultivars under rainfed conditions. The experiment was conducted in an split-plots experiment with randomized complete block design in three replications and two consecutive cropping years in Kermanshah province. The main factor included four wheat cultivars (two bread cultivars: Rijaw and Jam; two durum cultivars: Zardak and Tabesh) and the subfactor included nine fertilizer treatments (control; water, chelated and nano-chelated iron and zinc at concentrations of 0, 4 and 8 mg L-1).
Results: The results of the composite analysis showed that the interaction effect of cultivar and fertilizer type was significant on the most traits. The highest plant height (93.8 cm), leaf relative moisture percentage (86.77%), leaf area (26.31cm2) and number of grains per spike (33 grains) were obtained in bread wheat of Jam cultivar with 8 mg L-1 zinc nanochelate treatment. Grain yield and biomass increased significantly under the influence of nanofertilizers, especially at 8 mg L-1 concentration. The highest yield was obtained in 8 mg L-1 zinc nanochelate treatment in Jam cultivar (2791 kg ha -1), and then in 8 mg L-1 zinc nanochelate treatment in Rijaw cultivar (2616 kg ha-1). In addition, carbohydrate content, grain protein, iron and zinc concentration of grain increased significantly in nanochelate treatments. The application of iron and zinc nanochelates, especially at 8 mg L-1 concentration, significantly improved physiological traits, increased yield and enriched wheat grains with iron and zinc. The difference in response of cultivars indicates the importance of selecting the suitable cultivar along with modern nutritional management.
Conclusion: Overall, these findings clearly confirm that the response of wheat cultivars to the application of micronutrients (iron and zinc) is very specific and genotype-dependent. Therefore, the application of nanofertilizers could be recommended as an effective strategy in improving the yield and quality of rainfed wheats, especially bread wheat, and also in biofortification programs. Bread cultivars showed a more favorable response to foliar application of nanofertilizers and were superior in photosynthesis and yield indices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofertilizer
  • rainfed wheat
  • grain yield
  • protein quality
  • micronutrients
Abdi Benemar, H., Seifdavati, J., & Fathi Achachlouei, B. 2018. Comparison of Hach Method with Kjeldahl Method for Determining of Crude Protein Contents of Some Animal Feeds. Research On Animal Production818: 107-112.
Al-Juthery, H. W., Hassan, A. K. H., Musa, R. F., & Sahan, A. H. 2018. Maximize growth and yield of wheat by foliar application of complete nano-fertilizer and some bio-stimulators. Research on Crops, 19,3, 387-393. DOI : 10.31830/2348-7542.2018.0001.4.
Alloway, B. J. 2008. Zinc in soils and crop nutrition (2nd ed.). Paris: International Zinc Association (IZA) and International Fertilizer Industry Association (IFA). http://dx.doi.org/10.4236/abb.2016.76027.
Armin, MSA .S., Mashhadi. 2014. Effect of Time and Concentration of nano-Fe Foliar application on Yield and Yield Components of Wheat. International Journal of Biological Sciences, 4 ,1, 69-75. http://dx.doi.org/10.12692/ijb/4.9.69-75.
Barrs, H. D., & Weatherley, P. E. 2013. A re-examination of the relative turgidity technique for estimating water deficits in leaves. Australian journal of biological sciences 5,3, 413-428. https://doi.org/10.1071/BI9620413.
Cakmak, I. 2008. Enrichment of cereal grains with zinc: agronomic or genetic biofortification. Plant and soil, 302,1, 1-17. https://doi.org/10.1007/s11104-007-9466-3.
Dapkekar, A., Deshpande, P., Oak, M. D., Paknikar, K. M., & Rajwade, J. M. 2018. Zinc use efficiency is enhanced in wheat through nanofertilization. Scientific reports, 8,1, 6832. https://doi.org/10.1038/s41598-018-25247-5.
DeRosa, M. C., Monreal, C., Schnitzer, M., Walsh, R., & Sultan, Y. 2010. Nanotechnology in fertilizers. Nature nanotechnology5,2, 91-91. https://doi.org/10.1038/nnano.2010.2
Dimkpa, C. O., Bindraban, P. S., Fugice, J., Agyin-Birikorang, S., Singh, U., & Hellums, D. (2017). Composite micronutrient nanoparticles and salts decrease drought stress in soybean. Agronomy for Sustainable Development, 37,5, 1–13. https://doi.org/10.1007/s13593-017-0441-7
Ding, Y., Zhao, W., Zhu, G., Wang, Q., Zhang, P., & Rui, Y. 2023. Recent trends in foliar nanofertilizers: a review. Nanomaterials, 13,21, 2906. https://doi.org/10.3390/nano13212906.
El-Shal, R. M., El-Naggar, A. H., El-Beshbeshy, T. R., Mahmoud, E. K., El-Kader, N. I. A., Missaui, A. M., ... & El-Sharkawy, M. S. 2022. Effect of nano-fertilizers on alfalfa plants grown under different salt stresses in hydroponic system. Agriculture, 12,8, 1113. https://doi.org/10.3390/agriculture12081113.
Fatollahpour Grangah, M., Rashidi, V., Mirshekari, B., Khalilvand Behrouzyar, E., & Farahvash, F. 2020. Effects of nano-fertilizers on physiological and yield characteristics of pinto bean cultivars under water deficit stress. Journal of Plant Nutrition, 43(19), 2898-2910. https://doi.org/10.1080/01904167.2020.1799000.
Irigoyen, J. J., Einerich, D. W. & SánchezDíaz, 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. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1992.tb08764.x.
Kamali Omidi, T., Khorgami, A., & Taleshi, K. 2022. Effect of foliar application of humic acid levels and nano-fertilizer application on some quantitative and qualitative traits of pumpkin (Cucurbita pepo L.) in climatic conditions of Khorramabad area, Iran. Caspian Journal of Environmental Sciences20,3, 467-476. DOI: 10.22124/CJES.2022.5638.
Kausar, A., Hussain, S., Javed, T., Zafar, S., Anwar, S., Hussain, S., ... & Saqib, M. 2023. Zinc oxide nanoparticles as potential hallmarks for enhancing drought stress tolerance in wheat seedlings. Plant Physiology and Biochemistry, 195, 341-350. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2023.01.014.
Lindsay, W. L., & Norvell, W. 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil science society of America journal, 42,3,: 421-428. https://doi.org/10.2136/sssaj1978.03615995004200030009x.
Liu, R., & Lal, R. 2015. Potentials of engineered nanoparticles as fertilizers for increasing agronomic productions. Science of the Total Environment, 514, 131–139. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.01.104
Raliya, R., Nair, R., Chavalmane, S., Wang, W. N., & Biswas, P. 2016. Mechanistic evaluation of translocation and physiological impact of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles on the tomato (Solanum lycopersicum L.) plant. Metallomics, 7,12, 1584–1594. https://doi.org/10.1039/C5MT00168D
Rameshaiah, G. N., Pallavi, J., & Shabnam, S. 2015. Nano fertilizers and nano sensors–An attempt for developing smart agriculture., 3,1, 314–320. https://doi.org/10.3390/plants10020259.
Rizwan, M., Ali, S., Qayyum, M. F., Ok, Y. S., Adrees, M., Ibrahim, M., ... & Al-Wabel, M. I. 2019. Effect of metal and metal oxide nanoparticles on growth and physiology of globally important food crops: A critical review. Journal of Hazardous Materials, 322,2, 2–16. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.05.061.
Al-Ghazali, Z. A. K., & Al-Zubaidy, S. A. A. H. 2023. Effect of Combinations of Chemical, Nano-Fertilizer and Bio-Fertilizer NPK on Yield and Quality Traits of some Bread Wheat Cultivars Triticum aestivum L. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 1262, No. 5, p. 052049). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1262/5/052049.
Hamoda, A. M. 2024. Effect of nano-fertilizer and bio-growth regulator on yield attributes of wheat. Journal of Plant Production, 15,3, 101-109. https://doi.org/10.21608/jpp.2024.266830.1305.
Seleiman, M. F., Al-Suhaibani, N., Ali, N., Akmal, M., Alotaibi, M., Refay, Y., ... & Battaglia, M. L. 2021. Drought stress impacts on plants and different approaches to alleviate its adverse effects. Plants, 10,2, 259. https://doi.org/10.3390/plants10020259.
Seyed Sharifi, R., Khalilzadeh, R., Pirzad, A., & Anwar, S. 2020. Effects of biofertilizers and nano zinc-iron oxide on yield and physicochemical properties of wheat under water deficit conditions. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 51.19, 2511-2524. https://doi.org/10.1080/00103624.2020.1845350.3
Sharma, A., Dhaliwal, S. S., & Shukla, A. K. 2013. Enhancing grain zinc and iron concentration through foliar application of zinc and iron salts in wheat genotypes grown on typic ustipsamment. Journal of Xu, J., Cui, Y., Wang, J., Liu, Z., Zhao, C., Liu, Z., Niu, N., Chen, L., Xhao, X & Fu, Y. 2025. Advances of nano-photofertilizers in plant research. Nanoscale, 17 ,27, 16153-16192. https://doi.org/10.1039/D5NR00906E.