Effects of zinc biofortification strategies on yield, yield components and seed zinc content of bread wheat under drought and zinc deficient soil condition

Autor: Mohammed, Mohaned Mohammed Ali
Přispěvatelé: Pekşen, Erkut, OMÜ, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Popis: Tam Metin / Tez Drought stress and Zinc (Zn) deficiency are serious abiotic stress factors restricting plant growth and agricultural production when they occur concurrently, especially in arid and semi-arid regions that wheat is the most commonly cultivated crop. The main aims of this study were to improve drought tolerance, grain yield, and increase seed Zn content through Zn biofortification in bread wheat. In experiment I, the effect of seeds priming (2.5 and 5 mM Zn) and seed coating (1.5, 2.5 and 5 g Zn/kg seeds) with Zn on seed germination and seedling growth parameters were determined under controlled-growth chamber conditions at day/night temperature of 24/20 °C and 65-75% relative humidity during early growth stages of two wheat varieties showing difference for their seed Zn content (Imam with average 29 mg/kg Zn and Altındane 25.5 mg/kg Zn). In each treatment, 25 seeds were placed into petri dishes to determine seed germination rate and sown into pots containing 700 g alluvial soil with low Zn content to monitor seedling growth for 21 days with three replications. Seed priming with Zn, particularly high dose (5 mM Zn) had relatively positive impact and good performance on seed germination rate, mean germination time and seedling growth parameters when compared with low Zn dose (2.5 mM Zn) and hydropriming in both two wheat varieties. Seed coating with Zn, particularly with low Zn concentration (1.5 g Zn/kg seeds) and in Altındane with less Zn content has shown good respond and improved seed germination parameters in comparison with untreated seeds for both wheat varieties. Experiment II was conducted under controlled-growth chamber and greenhouse conditions to evaluate different of Zn application strategies including untreated seed (0 Zn), hydropriming (0 Zn), seed priming (5 mM Zn), seed coating (1.5 g Zn/kg seeds), soil application (10 kg Zn/ha), foliar spray 0.5% and two combinations of soil application with foliar (10 kg Zn/ha+0.5%) and seed coating with foliar (1.5 g Zn/kg seeds+0.5%) on grain yield, drought tolerance and grain biofortification with Zn for wheat varieties mentioned above. 30 seeds of each variety and treatment sown in pot with 8 kg Zn deficient soil (0.6 mg/kg), after 7 days of germination seedling were thinned to 20 per pot. Initially, pots were irrigated at 100% of field capacity (FC) by daily weighted and watering. After 60 days of sowing at booting stage, plants were subjected to drought stress by maintain the irrigation at 50% of FC, while pots in the well-watered treatment were maintained at 100% FC until harvest time. The results shown that, the losses of grains wheat yield because of drought stress reached up to 8% in Imam and 15% in Altındane comparison with well-watered yield for both varieties. However, Zn application through seed coating and combination of seed coating with foliar spray improved the yield under drought stress by 10.8 and 9.5% in Imam, and by 14 and 17% in Altındane, respectively. Zn application mitigated negative effects of drought stress and Zn deficiency through ameliorates WUE and Ψw. Antioxidants enzymes like Superoxide dismutase (SOD) under drought stress displayed more activity in untreated seed treatment, but the activity was more evident when Zn applied in Altındane variety and was disappeared in Imam variety. In this study drought stress has shown the highest grain Zn content by 57.5 mg/kg recorded by seed coating+foliar spray and 42.3 mg/kg recorded by foliar spray treatment in Altındane and Imam variety, respectively. However, in comparison with well-watered condition, drought stress increased grain Zn content by 40 and 5.5% in Altındane and Imam varieties, respectively. Experiment III was carried out in Research Field of Ondokuz Mayıs University, Agricultural Faculty, Samsun, Turkey during the 2018-2019 growing season under rainfed conditions to assess whether Zn foliar spray, seed coating with Zn alone or combine with foliar spray can improve grain yield, quality, and Zn content of wheat varieties. Foliar spray, seed coating and combine application with Zn improved grain yield and grain Zn content in Imam and Altındane varieties by 14.7, 10.8 and 5.3%, and 10, 0 and 19.2%, respectively when compared with control treatment. Moreover, there was decline of grain protein content of wheat with all Zn application treatments under rainfed conditions, and the correlation among them was highly negative significant (r= - 0.62; P < 0.001). Kuraklık stresi ve çinko (Zn) eksikliği, özellikle eşzamanlı olarak gerçekleştikleri zaman kurak ve yarı kurak bölgelerde bitki büyümesini ve tarımsal üretimi kısıtlayan önemli abiyotik stres faktörleridir. Bu çalışmanın temel amacı, kuraklık toleransını geliştirmek, buğday tanelerinin Zn ile biyolojik olarak güçlendirilmesi yoluyla bu sorunları hafifletmek veya aşmaktır. Deneme I’de, çinko ile tohum ön uygulama (2.5 ve 5 mM Zn) ve tohum kaplamanın (1.5, 2.5 ve 5 g Zn/kg tohum) tohum çimlenmesi ve fide büyüme parametreleri üzerindeki etkileri, tohumlarındaki çinko miktarları bakımından farklılık gösteren iki buğday çeşidinde (Imam 29 mg/kg Zn ve Altındane 25.5 mg/kg Zn) erken gelişme dönemi sırasında gündüz/gece 24/20 °C sıcaklık ve %65-75 oransal nemde kontrollü büyüme odası koşullarında belirlenmiştir. Her uygulamada, 25 tohum çimlenme oranlarını belirlemek için Petri kaplarına yerleştirildi ve fide büyümesini 21 gün boyunca izlemek için düşük Zn içerikli 700 g alüvyal toprak içeren saksılara üç tekrarlamalı olarak ekilmiştir. Zn ile tohum ön uygulamalarının, özellikle yüksek doz (5 mM Zn) ile uygulamanın, düşük Zn dozu (2.5 mM Zn) ve her iki buğday çeşidinde de hidropriming ile karşılaştırıldığında, tohum çimlenme oranı, ortalama çimlenme süresi ve fide büyüme parametreleri üzerinde nispeten olumlu bir etkiye ve iyi performansa sahip olduğunu ortaya koymuştur. Özellikle düşük konsantrasyonda (1.5 g Zn/kg tohum) tohum kaplama ve daha düşük Zn içeriğine sahip Altındane çeşidinde yapılan kaplama, her iki çeşidin uygulama yapılmayan tohumları ile karşılaştırıldığında daha iyi yanıt vermiş ve tohum çimlenme parametrelerini artırmıştır. Deneme II, muamele edilmemiş tohum (0 Zn), hidropriming (0 Zn), tohum ön uygulama (5 mM), tohum kaplama (1.5 g Zn/kg tohum), toprak uygulaması (10 kg Zn/ha), yaprağa püskürtme (%0.5 Zn) ve toprak uygulaması+yaprak püskürtme (10 kg Zn/ha+%0.5) ve tohum kaplama+yapraktan püskürtme (1.5 g Zn/kg tohum+%0.5) birlikte uygulamalarının da dahil olduğu çinko uygulama stratejilerinin yukarıda bahsedilen iki buğday çeşidinde tane verimi, kuraklık toleransı ve tanelerin çinko ile zenginleştirilmesi üzerine etkilerini değerlendirmek için kontrollü büyütme odasında ve sera koşullarında yapılmıştır. Her çeşit ve uygulamaya ait 30 tohum, Zn eksikliği gösteren 8 kg toprakla (0.6 mg/kg) doldurulmuş saksılara ekilmiş, çimlenmenin 7. gününden sonra fideler sayıları saksı başına 20 adet olacak şekilde seyreltilmiştir. Başlangıçta saksılar yapılan günlük tartım ve sulamalar ile %100 tarla kapasitesinde sulanmıştır. Ekimden 60 gün sonra, başaklanma öncesi döneminde, toprak suyu %50 tarla kapasitesi arasında tutularak kuraklık stresine maruz bırakılırken, iyi sulanan uygulamadaki saksılar hasat zamanına kadar %100 tarla kapasitesinde tutulmuşlardır. Sonuçlar, kuraklık stresi nedeniyle buğday verimindeki kayıpların her iki çeşidin iyi sulanan uygulamaları ile karşılaştırıldığında Imam'da %8'e, Altındane'de ise %15'e ulaştığını göstermiştir. Bununla birlikte, tohum kaplama ve tohum kaplamanın yaprağa püskürtme ile kombinasyonu kuraklık stresi altında tane verimini İmam'da sırasıyla %10.8 ve 9.5, Altındane'de ise %14 ve 17 artırmıştır. Zn uygulaması, WUE ve Ψw'yi iyileştirerek kuraklık stresi ve Zn eksikliğinin olumsuz etkilerini azaltmıştır. Öte yandan, mevcut çalışma, kuraklık stresi altındaki Süperoksit Dismutaz (SOD) gibi antioksidant enzimlerin, uygulama yapılmayan tohumlarda daha fazla aktivite sergilediğini, ancak Zn'nun Altındane çeşidinde uygulandığında daha belirgin olduğunu ve Imam çeşidinde görülmediğini göstermiştir. Bu çalışmada, kuraklık stresi, en yüksek tane Zn içeriği Altındane ve Imam çeşidinde sırasıyla tohum kaplama+yaprağa püskürtme (57.5 mg/kg) ve yaprağa püskürtme (42.3 mg/kg yaprak) uygulamasından elde edilmiştir. Bununla birlikte, iyi sulanan koşullara kıyasla kuraklık stresi, Altındane ve Imam çeşidinde tane Zn içeriğini sırasıyla %40 ve 5.5 artırmıştır. Deneme III, Samsun Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Araştırma sahasında yağmura dayalı koşullarda 2018-2019 yetiştirme sezonunda yapraktan Zn uygulaması ve Zn ile tohum kaplamanın tek başına veya birlikte uygulandığında buğdayda tane verimi, tane kalitesi ve Zn içeriği üzerine etkilerinin olup olmadığını belirlemek için yapılmıştır. Çinkonun yapraktan püskürtme, çinko ile tohum kaplama ve bunların birlikte uygulamalarının, kontrol uygulaması ile karşılaştırıldığında, Imam ve Altındane çeşitlerinde tane verimini ve tane Zn içeriğini sırasıyla %14.7, 10.8 ve 5.3 ve %10.0 ve 19.2 oranında artırdığını göstermiştir. Tüm Zn uygulama yöntemlerinde yağmura dayalı yetiştirme koşullarında ile buğdayın tane protein içeriğinde azalma olmuş, aralarındaki korelasyon negatif ve çok önemli bulunmuştur (r=- 0.62; P
Databáze: OpenAIRE