ارزيابي تأثير كاربرد كاني فلوگوپيت در بستر رشد شني بر عملكرد و جذب پتاسيم گياه جو تحت تنش خشكي

Evaluation of the effect of phlogopite mineral application in a sandy growth medium on the barley yield and potassium uptake under drought stress

سابقه و هدف: خشكي مهم‌ترين تنش شناخته‌شدهي غيرزيستي است كه اثر زيادي بر رشد و عملكرد محصولات مختلف در جهان دارد. از بين عناصر غذايي، پتاسيم (K) نقش مهمي در رشد و متابوليسم گياه دارد و به زنده‌ماندن و توليد زيست‌توده مناسب گياهان تحت شرايط تنشهاي زيستي و غيرزيستي مختلف، به ويژه تنش خشكي كمك ميكند. تحت شرايط تنش خشكي، پتاسيم بازشدن روزنهها را تنظيم ميكند و گياهان را با كمبود آب سازگار مي‌كند. در اين پژوهش كاني فلوگوپيت به عنوان منبع غني از پتاسيم و بهبوددهنده ويژگي‌هاي شيميايي خاك (كود پتاسيمي) براي تعديل آثار نامطلوب تنش خشكي بر رشد و عملكرد جو در شرايط گلخانهاي مورد ارزيابي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: اين پژوهش به صورت آزمايش فاكتوريل در قالب طرح كاملاً تصادفي با سه تكرار در گلخانه هيدروپونيك دانشگاه صنعتي اصفهان انجام شد. بستر رشد مخلوطي از شن كوارتزي و فلوگوپيت تحت اعمال سطوح مختلف تنش خشكي بود و گياهان به وسيله دو نوع محلول غذايي كامل و بدون پتاسيم در دوره پنج ماهه كشت تغذيه شدند. در پايان دوره كشت، شاخساره و ريشه گياه جداگانه برداشت شده و وزن خشك آنها يادداشت شد. مقدار پتاسيم در عصاره تهيه‌شده به روش خاكسترگيري خشك گياه توسط فليمفوتومتر تعيين شد. درصد رهاسازي پتاسيم از فلوگوپيت در شرايط تغذيهاي بدون پتاسيم محاسبه شده و تجزيه عنصري توسط روش فلورسانس اشعه ايكس (XRF) بر روي چند نمونه انتخابي از بستر كشت صورت گرفت. يافته‌ها: وزن خشك و پتاسيم جذب‌شده در شاخساره و ريشه گياهان رشديافته در بستر حاوي فلوگوپيت، نسبت به بستر شاهد بيشتر بود. همچنين افزايش اين دو ويژگي در تيمار با محلول غذايي كامل، نسبت به گياهان رشدكرده در شرايط تغذيهاي بدون پتاسيم مشاهده شد. تنش خشكي عملكرد و جذب پتاسيم گياه را كاهش داد، بيشترين كاهش وزن خشك و جذب پتاسيم در گياهان تغذيه‌شده با محلول غذايي بدون پتاسيم، تحت تنش خشكي شديد مشاهده شد. همبستگي مثبت و زيادي بين وزن خشك شاخساره و پتاسيم جذب‌شدهي آن و وزن خشك ريشه و پتاسيم جذب‌شدهي آن وجود داشت. نتايج تجزيه عنصري ذرات فلوگوپيت پيش از استفاده و پس از كاربرد در بستر رشد با ميزان پتاسيم جذب‌شده توسط گياه همخواني داشت. بيشترين درصد تخليه پتاسيم از كاني در سطح بدون تنش خشكي مشاهده شد. علاوه بر اين، نتايج تجزيه عنصري نشان داد كه ميزان پتاسيم كاني فلوگوپيت (K2O) نمونه‌ها نسبت به نمونه شاهد كاهش يافته و بيشترين كاهش در تيمار بدون تنش خشكي، مشاهده شد. در كل به نظر ميرسد كاربرد فلوگوپيت با رهاسازي پتاسيم بين‌لايهاي خود، آثار منفي تنش خشكي را به دليل نقش ويژه پتاسيم در تنظيم باز و بسته‌شدن روزنههاي برگ، افزايش سرعت فتوسنتز و حفظ آب در بافت‌هاي گياه كاهش ميدهد. نتيجه‌گيري: نتايج اين پژوهش نشان داد كه استفاده از كاني فلوگوپيت به عنوان يك منبع طبيعي و كمهزينه در كشور، به منظور تأمين پتاسيم مورد نياز گياه، در بستر رشد گياهان به ويژه در محيطهاي گلخانهاي براي كاهش آثار تنش خشكي مفيد واقع شده است.

Background and objectives: Drought is the most important known abiotic stress which strongly affects the growth and yeild of different crops worldwide. Among all the mineral nutrients, potassium (K) plays a particularly critical role in plant growth and metabolism, and also contributes to the survival of plants and adequate biomass production under various biotic and abiotic stresses, especially under drought stress. Under drought stress conditions, K regulates the stomatal opening and helps plants adapt to water deficits. In this study, the effect of phlogopite, as a potassium-rich source and a soil chemical conditioner, to help moderate the adverse effects of drought stress on barley growth and yield under greenhouse conditions was evaluated. Materials and methods: This study was conducted as a completely randomized design with factorial arrangement and 3 replications in the hydroponic greenhouse of the Isfahan University of Technology. The growth medium was a mixture of quartz sand and phlogopite and different levels of drought stress were applied. Plants were supplied with either a complete or a potassium-free nutrient solution during the five-month growth period. At the end of the experiment, shoots and roots were harvested separately and their dry weight recorded. The amount of potassium in the extract prepared by the dry ash method was determined by a flame photometer. The percentage of potassium release from phlogopite in potassium-free nutrient solution was calculated and elemental analysis (XRF) was performed on several selected samples. Results: The shoot and root dry weight and potassium uptake of plants grown in the phlogopite containing media were higher than those in the control media. These two parameters were also higher in plants received complete nutrient solution as compared to those supplied with the K- free nutrient solution. Drought stress reduced yield and potassium uptake. The highest levels of loss of dry weight and potassium uptake were observed in plants supplied with the K-free nutrient solution under severe drought stress. There was a significant positive correlation between the shoot dry weight and K uptake and also between the root dry weight and K uptake. The results of the elemental analysis of phlogopite particles before and after application in the growth medium were consistent with the amount of potassium uptake by the plant. The highest percentage of potassium removal was observed under no drought stress conditions. In general, it looks like that the application of phlogopite alleviates the negative effects of drought stress by releasing its interlayer potassium, due to the important role of potassium in regulating stomatal opening and closing, increase photosynthesis rate and water retention in plant tissues. Conclusion: The results of this study showed that the application of phlogopite was useful as a natural and low-cost source to supply K requirement in plant growth medium to reduce the effects of the drought stress, especially in the greenhouse.