بررسي برخي از ويژگي‌هاي مورفولوژيكي ريشه و شاخص‌هاي كارآيي در تعدادي از ارقام فسفركارا و ناكاراي گندم

سابقه و هدف: با توجه به ويژگي‌هاي خاص فسفر به‌عنوان يك عنصر كم‌تحرك در خاك، شناسايي و استفاده از ارقامي از گياهان كه به‌عنوان فسفركارا شناخته مي‌شوند، گامي موثر در استفاده از فسفر خاك خواهد بود. از گزينه‌هاي 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 ريشه‌اي گياهان با خاك است. با توجه به محدود بودن پژوهش‌ها در مورد نقش ريشه‌‌ها در جذب عناصر كم‌تحرك خاك، اين پژوهش با هدف مطالعه تعدادي از خصوصيات مورفولوژيكي ريشه چند رقم فسفركارا و فسفرناكاراي گندم و ارتباط آن‌ها با شاخص‌هاي فسفركارآيي انجام گرفت. مواد و روش‌ها: تعدادي از ويژگي‌هاي مورفولوژيكي ريشه چند رقم فسفركارا و ناكاراي گندم اندازه‌گيري و همبستگي آن‌ها با شاخص‌هاي كارآيي بررسي گرديد. همچنين تاثير ريزوسفر هر رقم بر pH خاك و تغييرات اجزاي فسفر خاك در سطح كودي صفر مورد بررسي قرار گرفت. آزمايشي گلخانه‌اي روي گياه گندم (Triticum aestivum L.) به‌مدت شش هفته به‌صورت 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 فسفرناكارا (كرج 1 (Karaj1) و مرودشت (Marvdasht)) و فسفر خاك در 2 سطح (سطح طبيعي فسفر خاك و سطح 20 ميلي‌گرم فسفر بر كيلوگرم خاك) بودند. تعدادي از خصوصيات مورفولوژيكي ريشه‌ شامل وزن تر و خشك ريشه و حجم ريشه اندازه‌گيري گرديد و سپس طول و سطح ريشه‌ها محاسبه شد. وزن تر و خشك شاخساره و نسبت شاخساره به ريشه نيز در ارقام مختلف اندازه‌گيري و محاسبه شد. در نهايت جذب كل فسفر، كارآيي جذب و مصرف فسفر و فسفركارآيي محاسبه گرديد و همبستگي ويژگي‌هاي ريشه‌اي با شاخص‌هاي كارآيي بررسي شد. يافته‌ها: تفاوت معنا‌داري (05/0P?) بين ارقام از نظر ويژگي‌هاي مورفولوژيك ريشه مشاهده گرديد و ارقام با كارآيي بالاتر، سيستم‌هاي ريشه‌اي گسترده‌تري توليد نمودند. ارقام گندم آزادي و مرودشت به‌ترتيب بيش‌ترين و كم‌ترين مقدار خصوصيات كمي ريشه‌اي (وزن تر (به‌ترتيب 27/2 و 28/1 گرم) و وزن خشك ريشه (به‌ترتيب 31/0 و 20/0 گرم)، كل طول ريشه (به‌ترتيب 4/278 و 04/179 سانتي‌متر)، سطح ريشه (به‌ترتيب 2/90 و 06/56 سانتي‌متر‌مربع در گلدان) و حجم ريشه (به‌ترتيب 3/2 و 4/1 ميلي‌‌ليتر در گلدان) را داشتند. همچنين ارقام مختلف تفاوت معنا‌داري (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 به‌طور معنا‌داري (05/0P?) افزايش يافت. همبستگي مثبت و معنا‌داري ‌بين ويژگي‌هاي ريشه‌اي اين ارقام با شاخص‌هاي فسفركارآيي (غلظت و جذب كل فسفر شاخساره) وجود داشت ولي همبستگي اين ويژگي‌ها با شاخص كارآيي مصرف فسفر منفي بود. مقادير pH در ريزوسفر همه ارقام گندم به‌طور معنا‌داري (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 به‌ترتيب بيش‌ترين و كم‌ترين مقدار كاهش pH را نشان دادند. همه ارقام گندم اجزاي فسفر خاك (دي‌كلسيم فسفات، اكتا كلسيم فسفات، فسفر پيوند شده با آهن و فسفر آپاتيتي) را به‌طور معنا‌داري (05/0P?) نسبت به خاك شاهد كاهش دادند. اين كاهش در مورد تمام ارقام و اجزا يكسان نبود. نتيجه‌گيري: اختلاف‌هاي موجود بين ارقام به تفاوت‌هاي ژنتيكي، اندازه و مورفولوژي ريشه و تغييرات شيميايي ريزوسفر نسبت داده مي‌شود. شناسايي استراتژي‌هاي گياهان براي سازگاري با شرايط كمبود عناصر و انتخاب درست ارقام گياهي مي‌تواند افزايش جذب فسفر از خاك‌هاي 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 phosphorus- efficient 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.