Evaluation of root colonization and biochemical compounds of saffron under irrigation regime, arbuscular mycorrhizal fungi and organic fertilizer

Document Type : Research Paper

Authors

1 PhD student, Department of Agronomy, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University

2 Assistant professor, Soil and Water Research Institute Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO) Karaj, Iran

3 Assistant professor of Agronomy, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University

4 Assistant professor of Plant Breeding, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University

Abstract

In order to evaluate the potential of native species of saffron arbuscular mycorrhizal fungus under the conditions of irrigation cut stress on its physiological traits, a study was conducted as split plot factorial based on a randomized completely design with three replications in the institute of Soil and Water research in Karaj, during the years 2017-2019. Treatment consisted: Irrigation regime as the main factor in three levels (such as optimal irrigation as control, water interruption at the beginning of the growing season (mild restriction water) and water interruption at the beginning and mid of the growing season (severe restriction water)), organic fertilizer in three levels (no organic fertilizer, vermicompost (20 ton ha-1) and biochar (10 ton ha-1) and Arbuscular mycorrhizal fungal in three levels (no application, isolate a and isolate b) as the subfactor. . Based on the molecular findings, both isolate isolated from saffron rhizosphere belonged to Rhizophagus irregularis. The results of this study showed that the interaction of irrigation regime, organic fertilizer and R. irregularis had a significant effect on all measured parameters. The highest percentage of root colonization (98.7%) was for optimal irrigation treatment with biochar and isolate b. The highest content of chlorophyll a, b and carotenoids (with an average of 5.74, 4.36 and 1.52 μg / ml, respectively) was observed in the optimal irrigation treatment with vermicompost and isolate b. Also, the treatment of severe water restriction with biochar and isolate b increased 253, 82, 95 and 165% of CAT, POD and SOD enzyme activities and proline, respectively, in comparison with the optimal irrigation treatment and no application of organic fertilizer and mycorrhiza fungal, which had the lowest amount of these traits. According to the results obtained from this study, it is argued that the use of biochar and vermicompost fertilizers with isolate b can reduce the destructive effects of soil moisture stress.

Keywords

Main Subjects

References

  1. احمدیان، ا. قنبری، ا. و سیاه­سر، ب. 1390. اثر تنش خشکی و مصرف انواع کود آلی و معدنی و بقایای آنها بر عملکرد و اجزای عملکرد بابونه آلمانی (Matricaria chamomilla ). نشریه بوم شناسی کشاورزی. جلد 3، شماره 3، ص395 -383.
  2. اصلانی، ز. حسنی، ع. رسولی صدقیانی، م.ح. سفید­کن، ف. و برین، م. 1390. تأثیر دو گونه قارچ آربوسکولار مایکوریزا بر رشد، مقادیر کلروفیل و جذب فسفر در گیاه ریحان (Ocimum basilicum ) تحت شرایط تنش خشکی. فصلنامة علمی-پژوهشی تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران. جلد 27، شمار3، ص 486 -471.
  3. امینی فرد، م.ح. افتاده فدافن، ع. مرادی نژاد، ف. و بهدانی، م. ع. بررسی تأثیر ورمی­کمپوست و نیتروکسین بر ویژگی­های بنه­های دختری و عملکرد گل زعفران (Crocus sativus L.). نشریه زراعت و فناوری زعفران. جلد 7، شماره 2، ص 154 -139.
  4. اسمی، ر. رضوانی مقدم، پ. کوچکی، ع.ر. و احمدیان، ا. 1397. اثر وزن بنه مادری و میزان کود گاوی بر عملکرد گل و بنه زعفران. نشریه زراعت و فناوری زعفران. جلد 6، شماره 4، ص 460 -445.
  5. ثابت تیموری، م. کافی، م. اورسجی، ز. و اروجی، ک. 1389. اثر تنش خشکی، اندازه و پوشش بنه بر خصوصیات مورفو اکوفیزیولوژیکی زعفران (Crocus sativus L.) در شرایط گلخانه. بوم­شناسی کشاورزی. جلد 2، شماره 2، ص 334-323.
  6. حبیبی، م. زعفریان، ف. رجالی، ف. و باقری، ن. 1400. جداسازی و شناسایی قارچ­های میکوریز آربوسکولار همزیست زعفران و بررسی اثر آنها بر عملکرد گل و جذب عناصر غذایی در شرایط قطع آبیاری و بسترهای مختلف کشت. مجله به‌زراعی. جلد 23، شماره 3، ص 391 -379.
  7. دباغیان، ز. پیردشتی، ه. عباسیان، ا. و بهاری، ح. 1394. تأثیر کودهای زیستی تیوباسیلوس، ازتوباکتر، آزوسپیریلوم و گوگرد آلی بر گره زایی و عملکرد سویا (Glycine Max). نشریه زراعت. جلد 107، ص 25 -17.
  8. رسام، ق.ع. دادخواه، ع.ر. و خوشنود یزدی، ا. 1393. ارزیابی تأثیر کمبود آب بر صفات مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاه دارویی زوفا. نشریه دانش زراعت. جلد 5، شماره 10، ص 12 -1.
  9. رضایی­نیا، م. بی­همتا، م.ر. پیغمبری، س.ع. و عباسی، ع. ر. 1398. تاثیر تنش خشکی بر فعالیت برخی از آنزیم­های آنتی­اکسیدانی و صفات فیزیولوژیکی در ژنوتیپ­های نخود (Cicer Arietinum ). پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی. جلد 11، شماره 30، ص 22 -11.
  10. رضوانی­مقدم، پ. کوچکی، ع.ر. ملافیلابی، ع. و سیدی س.م. 1393. اثر کودهای زیستی و شیمیایی بر عملکرد گل و بنه­های دختری زعفران (Crocus sativus ). مجله علوم زراعی ایران. جلد 15، شماره 3، ص 246 -234.
  11. رمضانی، ا. آرویی، ح. عزیزی، م. و احمدیان، ا. 1399. ارزیابی تأثیر مدیریت آبیاری با کاربرد کود آلی و پلیمرهای ابر جاذب ریز ترکیب بر عملکرد اقتصادی و تولید مواد مؤثره در گیاه دارویی زعفران (Crocus sativus ). نشریه زراعت و فناوری زعفران، جلد 8، شماره 1، ص 18 -3.
  12. ضیایی، م. خزاعی، ح.ر. و نظامی، ا. 1396. بررسی اثر سطوح مختلف آبیاری بر صفات مورفوفیزیولوژیک و بیوشیمیایی در پنج ژنوتیپ ماش ) (Vigna radiata. فصلنامه علمی پژوهشی فیزیولوژی گیاهان زراعی.جلد 9، شماره 34، ص21-5.
  13. فتحی، ح. ایمانی، ع. امیری، م.ع. حاجیلو، ج. و نیکبخت، ج. 1398. پاسخ­های رشدی و بیوشیمیایی برخی ژنوتیپ­های بادام روی پایه GN15 به­تنش کم­آبیاری. فرآیند و کارکرد گیاهی. جلد 8، شماره 29، ص 30- 15.
  14. فیاضی، ح. ابدالی مشهدی، ع. کوچک­زاده، ا. پاپ­زن، ع. و ارزانش، م.ح. 1397. اثر کودهای آلی و زیستی بر محتوای نیتروژن، فسفر و پتاسیم، رنگیزه­های فتوسنتزی و میزان ماده مؤثره گیاه دارویی سرخارگل (Echinacea Purpurea ). نشریه پژوهش­های زراعی ایران. جلد 16، شماره 2، ص 298 -283.
  15. قربانعلی، م. و نیاکان، م. 1384. بررسی اثر تنش خشکی بر روی میزان قندهای محلول، پروتیین، پرولین، ترکیبات فنلی و فعالیت آنزیم نیترات ردوکتاز گیاه سویا رقم گرگان 3. نشریه علوم دانشگاه تربیت معلم. جلد 5، شماره 1، ص 550-537.
  16. کشاورز­فرد، س. سلگی، م. باقری، ح. شهرجردی، ا. 1399. کاربرد بیوچار و اسید هیومیک برای افزایش مقاومت به تنش خشکی در گل آهار. مجله زیست­شناسی کاربردی. جلد 33، شماره 1، ص 174-148.
  17. یامچی، ا. رستگار جزی، ف. قبادی، س. موسوی، ا. و کارخانه­ای، ع.ا. 1383. بیان فراوان ژن Δ-پرولین-5- کربوکسیلاز سنتتاز (P5CS)، با هدف افزایش مقاومت به تنش­های اسموتیک در گیاه تراریخت توتون (Nicotiana tabacum Xanthi). علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. جلد 8، شماره 4، ص 39 -31.
  18. Aebi, H. 1984. Catalase in vitro. Method of Enzymology 105: 121-126.
  19. Akhter, A., Ahmed, K., Soja, G. and Steinkellner, S. 2015. Compost and biochar alter mycorrhization, tomato root exudation, and development of Fusarium oxysporum sp. Lycopersici. Frontiers in Plant Science 6(529): 1-13.
  20. Alam, M.Z., McGee, R., Hoque, A., Ahammed, G.J. and Carpenter-Boggs, L. 2019. Effect of arbuscular mycorrhizal fungi, selenium and biochar on photosynthetic pigments and antioxidant enzyme activity under arsenic stress in mung bean (Vigna radiata). Frontiers in Physiology 10(193): 1-13.
  21. Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphennoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol 24: 1-150.
  22. Aslam, M., Magbool, M. A. and Cengiz. R. 2015. Drought stress in maize (Zea mays ) effects, resistance mechanisms, global achievements and biological strategies for improvement. Springer Briefs in Agriculture.
  23. Badr, M.A., El-Tohamy, W.A., Abou-Hussein S.D. and Gruda, N.S. 2020. Deficit irrigation and arbuscular mycorrhiza as a water-saving strategy for eggplant production. Horticulturae 6(45): 1-17.
  24. Bargmann, I., Martens, R., Rillig, M.C., Kruse. A. and Kücke, M. 2014. Hydrochar amendment promotes microbial immobilization of mineral nitrogen. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 177: 59-67.
  25. Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free prolin for water stress studies. Plant and Soil 39: 205-207.
  26. Beauchamp, C. and Fridovich, I. 1971. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry 44: 276-287.
  27. Beltrano, J. and Ronco, M.G. 2008. Improved tolerance of wheat plants (Triticum aestivum ) to drought stress and rewatering by the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus claroideum: Effect on growth and cell membrane stability. Brazilian Journal of Plant Physiology 20(1): 29-37.
  28. Berek, A.K., Hue, N. and Ahmad, A. 2011. Beneficial use of biochar to correct soil acidity. The Food Provider 1-3.
  29. M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitative titration of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry 72: 248-254.
  30. Caser, M., Victorino, I.M.M., Demasi, S., Berruti, A., Donno, D., Lumini, E., Bianciotto, V. and Scariot, V. 2019. Saffron cultivation in marginal alpine environments: How AMF inoculation modulates yield and bioactive compounds. Agronomy 1-14.
  31. Chen, W., Meng, P., Feng, H. and Wang, C. 2020. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on growth and physiological performance of catalpa bungei C.A.Mey. under drought stress. Forests 11(1117): 1-29.
  32. Dalpé, Y. 1993. Vesicular-arbuscular mycorrhiza. p. 287- 301. In: Soil sampling and methods of analysis. (ed.) Carter, MR. Lewis Publishers, Boca Raton.
  33. Du, Y., Zhao, Q., Chen, L., Yao, X. and Xie, F. 2020. Effect of drought stress at reproductive stages on growth and nitrogen metabolism in soybean. Agronomy 10(302): 1-22.
  34. Fallah, m., Amini, R., Hadi, H. and Hassanzadeh-Gholttapeh, A. 2020. The Role of eco-friendly soil amendments co-application on the performance of lingrain (Linum Usitatissimum) under late-season irrigation limitation. Research Square 1-23.
  35. Gerdemann, J.W. and Nicolson, T.H. 1963. Spores of mycorrhizal Endogene species extracted from soil by wet- siving and decanting. Transaction in British Mycological Society 46: 235-244.
  36. Ghorbanpour, M., Mohammadi, H. and Kariman, K. 2020. Nanosilicon-based recovery of barley (Hordeum vulgare) plants subjected to drought stress. Environmental Science Nano 7:443- 461.
  37. Hashem, A., Kumar, A., Al-Dbass,M., Algarawi, A.A., Al-Arjani, A.F., Sing, G., Farooq, M. and Abd-Allah, E.F. 2019. Arbuscular mycorrhizal fungi and biochar improves drought tolerance in chickpea. Saudi Journal of Biological Sciences 26: 614-624.
  38. He, F., Sheng, M. and Tang, M. 2017. Effects of rhizophagus irregularis on photosynthesis and antioxidative enzymatic system in Robinia pseudoacacia under drought stress. Frontiers in Plant Science 8(183): 1-14.
  39. Kammann, C.I., Linsel, S., Gößling, G.W. and Koyro, H.W. 2011. Influence of biochar on drought tolerance of Chenopodium quinoa Willd and on soil–plant relations. Plant and Soil 345: 195-210.
  40. Krüger, M., Stockinger, H., Krüger, C. and Schüßler, A. 2009. DNA-based species level detection of Glomeromycota: one PCR primer set for all arbuscular mycorrhizal fungi. New Phytologist 183: 212-223.
  41. Kumari, N., Gheek Batra, N. and Sharma, V. 2018. Photosynthetic performance and drought-induced changes in activity of antioxidative enzymes in different varieties of vigna radiate. Agriculchral Research 1-9.
  42. Liu, C., Liu, F., Ravnskov, S., Rubæk, G.H., Sun, Z. and Andersen, M.N. 2017. Impact of wood biochar and its interactions with mycorrhizal fungi, phosphorus fertilization and irrigation strategies on potato growth. Journal of Agronomy and Crop Science 203: 131-145.
  43. Maleki, M., Ebrahimzade H., Gholami M. and Niknam, V. 2011. The effect of drought stress and exogenous abscisic acid on growth, protein content and antioxidative enzyme activity in saffron (Crocus sativus ). African Journal of Biotechnology 10(45): 9068-9075.
  44. Mickan, A.S., Abbott, L.K., Stefanova, K. and Solaiman, Z.M. 2016. Interactions between biochar and mycorrhizal fungi in a water-stressed agricultural soil. Mycorrhiza 26: 565-574.
  45. Nikkah Naeeni, F., Moghadam, A.R., Moradi, P., Rezaei, M. and Abdoosi, V. 2017. Effect of vermicompost and mycorrhiza fungi on yield and growth of milk thistle and antioxidant system activity. Iranian Journal of Plant Physiology 7 (3): 2063-2074.
  46. Norris, I.R., Read, D.J. and Varma, A.K. 1992. Methods in Microbiology. Techniques for Study of Mycorrhiza. Academic Press, London 450 p.
  47. Pinior, A., Grunewaldt-Stöcker, G., Alten, H.V. and Strasser, R.J. 2005. Mycorrhizal impact on drought stress tolerance of rose plants probed by chlorophyll a fluorescence, proline content and visual scoring. Mycorrhiza 15: 596-605.
  48. Porcel, R. and Ruiz-Lozano, J.M. 2005. Arbuscular mycorrhizal influence on leaf water potential, solute accumulation, and oxidative stress in soybean plants subjected to drought stress. Journal of Experimental Botany 55(403): 1743-1750.
  49. Pretty, J. 2007. Agricultural sustainability: concepts, principles and evidence. Philosophical Transactions of the Royal Society 365: 447-465.
  50. Renker, C., Heinrichs, J., Kaldorf, M. and Buscot, F. 2003. Combining nested PCR and restriction digest of the internal transcribed spacer region to characterize arbuscular mycorrhizal fungi on roots from the field. Mycorrhiza 13: 191-198.
  51. Seyyedi, S.M., Ebrahimian, E. and Rezaei-Chiyaneh, E. 2018. Saffron daughter corms formation, nitrogen and phosphorous uptake in response to low planting density, sampling rounds, vermicompost and mineral fertilizers. Communications in Soil Science and Plant Analysis 49(5): 585-
  52. Srinivasan, M., Kumar, K., Kumutha, K. and Marimuthu, P. 2014. Establishing monoxenic culture of arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices through root organ culture. Journal of Applied and Natural Science 6(1): 290-293.
  53. Symanczik, S., Blaszkowski, J., Koegel, S., Boller, T., Wiemken, A., AL-Yahayaei, M.N. 2014. Isolation and identification of desert habituated arbuscular mycorrhizal fungi newly reported from the Arabian Peninsula. Journal of Arid Land 6(4): 488-497.
  54. Tang, W. and Newton, R.J. 2005. Peroxidase and catalase activities are involved in direct adventitious shoot formation induced by thidiazuron in eastern white pine (Pinus strobus ) zygotic embryos. Journal of Plant Biochemistry and Physiology 43: 730-769.
  55. Sattar, A., Sher, A., Ijaz, M., Irfan, M., Butt, M., Abbas, T., Hussain, S., Abbas, A., Ullah, M.S. and Cheema, M.A. 2019. Biochar application improves the drought tolerance in maize seedlings. Phyton, International Journal of Experimental Botany 88(4): 379-388.
  56. Sheng, M., Tang, M., Chen, H., Yang, B., Zhang, F. and Huang, Y. 2008. Influence of arbuscular mycorrhizae on photosynthesis and water status of maize plants under salt stress. Mycorrhiza 18: 287-
  57. Zhang, C., Shi, S., Liu, Z., Yang, F. and Yin, G. 2018. Drought tolerance in alfalfa (Medicago sativa ) varieties is associated with enhanced antioxidative protection and declined lipid peroxidation. Journal of Plant Physiology 232: 226-240.
Journal of Sol Biology
Volume 10, Issue 1
March 2022
Pages 65-80

Files

Share

How to cite

Statistics