بررسي برخي از ويژگي هاي مورفولوژيكي ريشه و شاخص هاي كارآيي در تعدادي از ارقام فسفركارا و ناكاراي گندم

Assessing some root morphological properties and efficiency indexes in several phosphorus efficient and inefficient cultivars of wheat

سابقه و هدف: با توجه به ويژگي هاي خاص فسفر به عنوان يك عنصر كم تحرك در خاك، شناسايي و استفاده از ارقامي از گياهان كه به عنوان فسفركارا شناخته مي شوند، گامي موثر در استفاده از فسفر خاك خواهد بود. از گزينه هاي اصلي مورد توجه در مديريت فسفر استفاده از راهكارهايي براي به حداكثر رساندن كارآيي استفاده از آن توسط گياهان است. اولين قدم براي بهبود تاثير عمليات مديريتي درك چگونگي تقابل سيستم ريشه اي گياهان با خاك است. با توجه به محدود بودن تحقيقات در مورد نقش ريشه ها در جذب عناصر كم تحرك خاك، اين تحقيق با هدف مطالعه تعدادي از خصوصيات مورفولوژيكي ريشه چند رقم فسفركارا و فسفرناكاراي گندم و ارتباط آنها با شاخص هاي فسفركارآيي انجام گرفت. مواد و روش ها: تعدادي از ويژگي هاي مورفولوژيكي ريشه چند رقم فسفركارا و ناكاراي گندم اندازه گيري و همبستگي آنها با شاخص هاي كارآيي بررسي گرديد. همچنين تاثير ريزوسفرهر رقم بر pH خاك و تغييرات اجزاي فسفر خاك در سطح كودي صفر مورد بررسي قرار گرفت. آزمايشي گلخانه اي روي گياه گندم (Triticum aestivum L.) به مدت شش هفته به صورت فاكتوريل و در قالب طرح پايه كاملاً تصادفي در 8 تيمار و 3 تكرار انجام شد. فاكتورها شامل ارقام مختلف در 4 سطح (2 رقم فسفركارا (آزادي (Azadi) و ياواروس (Yavarus)) و 2 رقم فسفر ناكارا (كرج 1 (Karaj1) و مرودشت (Marvdasht)) و فسفر خاك در 2 سطح (سطح طبيعي فسفر خاك و سطح 20 ميلي گرم فسفر بر كيلوگرم خاك) بودند. تعدادي از خصوصيات مورفولوژيكي ريشه شامل وزن تر و خشك ريشه و حجم ريشه اندازه گيري گرديد و سپس طول و سطح ريشه ها محاسبه شد. وزن تر و خشك شاخساره و نسبت شاخساره به ريشه نيز در ارقام مختلف اندازه گيري و محاسبه شد. در نهايت جذب كل فسفر، كارآيي جذب و مصرف فسفر و فسفر كارآيي محاسبه گرديد و همبستگي ويژگي هاي ريشه اي با شاخص هاي كارآيي بررسي شد. يافته ها: تفاوت معنا داري (05/0p) بين ارقام از نظر ويژگي هاي مورفولوژيك ريشه مشاهده گرديد و ارقام با كارآيي بالاتر، سيستم هاي ريشه اي گسترده تري توليد نمودند. ارقام گندم آزادي و مرودشت به ترتيب بيشترين و كمترين مقدار خصوصيات كمي ريشه اي (وزن تر (به ترتيب 27/2 و 28/1 گرم) و وزن خشك ريشه (به ترتيب 31/0 و 20/0 گرم)، كل طول ريشه (به ترتيب 4/278 و 04/179 سانتيمتر)، سطح ريشه (به ترتيب 2/90 و 06/56 سانتيمتر مربع در گلدان) و حجم ريشه (به ترتيب 3/2 و 4/1 ميلي ليتر در گلدان) را داشتند. همچنين ارقام مختلف تفاوت معنا داري (05/0p) را از نظر وزن خشك شاخساره، نسبت شاخساره به ريشه، غلظت و جذب كل فسفر شاخساره و نيز كارآيي جذب و مصرف فسفر نشان دادند. با مصرف كود فسفري، ماده خشك تمامي ارقام به طور معنا داري (05/0p) افزايش يافت. همبستگي مثبت و معنا داري بين ويژگي هاي ريشه اي اين ارقام با شاخص هاي فسفركارآيي (غلظت و جذب كل فسفر شاخساره) وجود داشت ولي همبستگي اين ويژگي ها با شاخص كارآيي مصرف فسفر منفي بود. مقادير pH در ريزوسفر همه ارقام گندم به طور معنا داري (05/0p) نسبت به خاك غيرريزوسفري كاهش يافت. كاهش pH در ريزوسفر ارقام مورد مطالعه بين 38/0-12/0 بود. ارقام آزادي و مرودشت به ترتيب بيشترين و كمترين مقدار كاهش pH را نشان دادند. همه ارقام گندم اجزاي فسفر خاك (دي كلسيم فسفات، اكتا كلسيم فسفات، فسفر پيوند شده با آهن و فسفر آپاتيتي) را به طور معنا داري (05/0p) نسبت به خاك شاهد كاهش دادند. اين كاهش در مورد تمام ارقام و اجزا يكسان نبود. نتيجه گيري: اختلافات موجود بين ارقام به تفاوت هاي ژنتيكي، اندازه و مورفولوژي ريشه و تغييرات شيميايي ريزوسفر نسبت داده مي شود. شناسايي استراتژي هاي گياهان براي سازگاري با شرايط كمبود عناصر و انتخاب درست ارقام گياهي مي تواند افزايش جذب فسفر از خاك هاي داراي محدوديت فسفر و افزايش توليد محصول را به دنبال داشته باشد.

Background and Objectives: Regarding to phosphorus as a low mobility element in soil, identification and application of traits of cultivars that are recognized as phosphorus efficient, will be very important for crop improvement and optimum usage of soil. Maximizing the phosphorus use efficiency of crops in the system is one of the most important approaches considered in phosphorus management. The first step in improving effectiveness of nutrient management practices is having information about how plant root systems interact with the soil. Because of limited researches on function of roots at the uptake of low mobile elements, this investigation was conducted to study some root morphological properties of several phosphorus efficient and phosphorus inefficient cultivars of wheat and their relations with phosphorus efficiency indexes. Materials and Methods: In this study, some root morphological properties of several phosphorusefficient and phosphorus-inefficient cultivars of wheat (Triticum aestivum L.) were compared and their correlations with efficiency indexes were studied. Furthermore, the rhizosphere effect of each cultivar on soil pH and soil phosphorus fractions was investigated. A greenhouse experiment on wheat cultivars as a factorial in completely randomized design was conducted with 8 treatments and 3 replications for six weeks. Experimental factors were different cultivars (2 phosphorus efficient i.e. Azadi and Yavarus and 2 phosphorus inefficient i.e. Karaj 1 and Marvdasht) and soil P levels (natural level of soil P and 20 mg P kg-1 soil). To understand root properties affecting phosphorus efficiency related to cultivar, some root morphological properties (root wet weight, root dry weight and root volume) were measured and then total root length and root surface area were calculated. Shoot wet and dry weight and shoot to root ratio in different cultivars was measured and calculated, too. Finally, total phosphorus uptake, phosphorus acquisition efficiency, phosphorus utilization efficiency and phosphorus efficiency were calculated and correlation between root morphological properties and efficiency indexes was investigated. Results: There was a significant (P0.05) difference of root morphological properties between phosphorus efficient and phosphorus inefficient cultivars and with higher efficient cultivars produced stronger and more extensive root system. Azadi and Marvdasht cultivars had the highest and lowest root quantitative properties (wet weight (2.27 and 1.28 g), dry weight (0.31 and 0.20 g), total root length (278.4 and 179.04 Cm), root surface area (90.2 and 56.06 Cm2/pot) and root volume (2.3 and 1.4 mL/pot), respectively. Also, different cultivars showed significant differences (P0.05) in the dry weight of shoots, shoot to root ratio, shoot P concentration and shoot total uptake as well as phosphorus acquisition efficiency and phosphorus utilization efficiency. Dry matter significantly (P0.05) increased for all cultivars with phosphorus fertilization. There was a positive and significant correlation between root parameters of studied cultivars with different efficiency indexes such as shoot phosphorus concentration and shoot total phosphorus absorption but there was a negative correlation between mentioned parameters with phosphorus utilization efficiency index. Soil pH values in the rhizosphere of all four wheat cultivars were significantly (P0.05) lower than those in the corresponding non-rhizosphere soil. pH decreased between 0.12-0.38 in the rhizosphere of studied cultivars. Azadi and Marvdasht cultivars showed the highest and the lowest amount of pH decreases, respectively. In all wheat cultivars phosphorus forms (DCP-P, OCP-P, Al-P and Apatite-P) decreased significantly (P0.05). This difference was not equal for all cultivars and all fractions. Conclusion: The differences are attributed to genetic differences among cultivars, root size, root morphology and changes in the rhizosphere. Identification of plants strategies for adoption to low nutrient condition and the right selection of the cultivars can improve the uptake of P in P-deficient soils and crop production.