The rol of fungus Piriformospora indica on improving the grain related parameters of two native and improved rice cultivars under limited irrigation regimes

Subject Areas : Journal of Plant Ecophysiology

ABED AGHAJANI DELAVAR ¹ , mehdi parsa ² , Hemmatollah Pirdashti ³ , Mohammad Kafi ⁴ , Valiollah Babaeizad ⁵

1 - Deputy Head of the Department of Education Organizations and Rural Cooperative Organization of Mazandaran province
2 - Associate Professor Department of Agronomy, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
3 - Associate Professor, Department of Agronomy, Genetics and Agricultural Biotechnology Institute of Tabarestan, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
4 - The head of Ferdowsi University of Mashhad and Professor, Department of Agronomy, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
5 - Assistant Professor, Department of Plant Protection, Genetics and Agricultural Biotechnology Institute of Tabarestan, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran

Received: 2016-09-07 Accepted : 2016-12-08 Published : 2019-06-22

Keywords: Drought stress, Biological yield, water productivity, water efficiency, seedling inoculation,

Abstract :

In order to evaluate the rol of mycorrhiza-like fungus Piriformospora indica on rice grain yield and water use efficiency under different limited irrigation regimes a field experiment was conducted in split factorial design with three replicates during 2014. Treatments were different irrigation methods at three levels (flooding, flooding after falling water depth less than 10 and 20 cm of soil surface) in main plot, two levels of P. indica inoculation (control and inoculation of six days old seedlings) and two rice cultivars (Tarom-Hashemi and Shiroudi) in sub plots as factorial. Results showed that maximum grain yield was obtained in Shiroudi cultivar in flooding (7801 kg/ha), followed by -10 and -20 cm irrigation regimes (5592 and 5575 kg/ha, resectively). This reduction in Tarom-Hashemi cultivar, however, was only significant where falling water depth was less than 20 cm of soil surface and yield loss was about 18 percent as compared to the flooding treatment. Nevertheless, P. indica inoculation in Shiroudi cultivar increased biological yield by 8 %, as compared to Tarom-Hashemi cultivar. Water use productivity and efficiency amounts in limited irrigation regimes was increased significantly in falling water depth less than 20 cm of soil surface treatment by 55 and 57 % , respectively as compared to flooding treatment. In conclusion, results represented a positive effect of coexistence between P. indica and rice plants particularly to ameliorate water deficit negative effects.

References:

اخوت، م. و م. دانش وکیلی .1376. برنج (کاشت، داشت، برداشت). انتشارات فارابی، تهران. 212 صفحه.

اسدی، م. ا.، پ. شاهین و ر. احمدی. 1384. معرفی روش جدید آبیاری برنج در کشور چین. فصلنامه علمی ترویجی خشکی و خشکسالی کشاورزی. شماره17: 21-13.

جمشیدی، ا.، ا. قلاوند، ف. سفیدکن و ا. محمدی گل­تپه. 1392. اثر مثبت قارچ P. indica بر عملکرد دانه و اجزای عملکرد رازیانه تحت تأثیر مواد آلی. ویژه­نامه نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار. 158-144.

حسنی، ا.، ع. تشکری، م. قاسمپور علمداری و غ. علیزاده .1388. روش­های مختلف کشت و آبیاری و اثر آن بر رقم برنج طارم محلی. پایان­نامه دوره کارشناسی ارشد. دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائمشهر.

حقایقی مقدم، ا. و ع. فرزانه. 1387. ارائه راهکارهایی برای افزایش بهره­وری آب در مزارع برنج کشور. 12 صفحه.

زرین­جوب، ح.، م. ج. زارع ، ا. محمدی گل­تپه، ع. حاتمی و م. پورسیابیدی. 1391. تأثیر منابع مختلف فسفر بر عملکرد و جذب عناصر آفتابگردان تحت دو سیستم کشت. مجله الکترونیک تولید گیاهان زراعی. جلد 5،   شماره 3: 114-99.

سپهری، م.، صالح راستین، ن.، حسینی سالکده، ق. و خیام نکویی، م. 1388. بررسی تأثیر قارچ Piriformospora indica بر بهبود رشد و افزایش مقاومت گیاه جو Hordeum vulgare L. به تنش شوری. مجله علمی پژوهشی مرتع، 3: 508-518.

 سعادتی، ن. 1377. اثر تنش خشکی روی عملکرد و مصرف آب در مراحل مختلف رشد برنج. گزارش پژوهش. انتشارات مؤسسه تحقیقات برنج ایران. 18 صفحه

سلیمانی، الف و ب، امیری­لاریجانی. 1382. اصول تولید برنج. انتشارات ترویج. 303 صفحه.

عباسی، ف.، ناصری، ا.، سهراب، ف.، باغانی، ج.، عباسی، ن. و اکبری، م. 1394. ارتقای بهره­وری مصرف آب. سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی.

عرب‌زاده، ب. و س. آقاجانی. 1381. برنج (رشد و نمو گیاهی، نیاز آبی، آفات و بیماری‌ها و مدیریت‌ علف‌های هرز). نشر آمل. 142 صفحه.

عرب­زاده، ب. و م. یوسفیان. 1391. مطالعه بهره­وری مصرف آب در کشت نشایی برنج. اولین همایش ملی مدیریت آب در مزرعه. موسسه تحقیقات خاک و آب کرج صفحه­ی 12.

عربی یزدی، ا.، ا. علیزاده و ف. محمدیان. 1388. بررسی ردپای اکولوژیک آب در بخش کشاورزی ایران. نشریه آب و خاک. جلد 23، شماره 4: 15-1.

کریمی شرودانی، ف.، م. سپهری ، م. افیونی و م. ع. حاج عباسی. 1394. اثر قارچ اندوفایت Piriformospora indica بر افزایش مقاومت گیاه جو به فلز سرب. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک. جلد 19، شماره 71: 321-311.

کمیلی، ح. ر.، م. ح. راشد محصل، م. قدسی و ا. زارع. 1385. ارزیابی تحمل به خشکی ژنوتیپ­های جدید گندم در شرایط تنش رطوبتی. مجله پژوهش زراعی. شماره 4: 301 تا 310.

موسوی، ح. 1391. استفاده از قارچ اندومایکوریز (Piriformospora indica) در القای مقاومت علیه بیماری بلاست برنج (Maganaporthe grisea). پایان‌نامه کارشناسی ارشد. دانشکده کشاورزی. دانشگاه صنعتی اصفهان.

          موسوی، س. ح.، شریف­نبی، ن.، بابایی­زاد، و.، علوی، س. م.، تاجیک قنبری، م. ع. و مساح، ا. 1391. بررسی امکان همزیستی و ارزیابی قارچ اندومایکوریز Piriformospora indica در گیاه برنج. بیماری­های گیاهی، 48 (3): 442-441. 

میری، ح. ر.، و. نیاکان و ع. ر. باقری. 1391. تأثیر آبیاری تناوبی بر عملکرد، اجزای عملکرد و بهره­وری آب در کشت مستقیم برنج در منطقه کازرون. مجله تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی. جلد2، شماره 5: 27-13.

یعقوبیان، ی. 1390. تأثیر قارچ­های آربوسکولار و شبه میکوریزا (Piriformospora indica,  Glomus mosseae) روی مقاومت به خشکی گندم با استفاده از شاخص­های بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی. پایان­نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.

یعقوبیان، ی.، ه. پیردشتی، ا. محمدی گل­تپه، و. فیضی اصلی و ع. اسفندیاری. 1391. ارزیابی واکنش گندم دیم رقم آذر 2 به همزیستی با قارچ­های میکوریزای آربوسکولار و شبه میکوریزا در سطوح مختلف تنش خشکی. مجله بوم­شناسی کشاورزی. جلد 4، شماره (1): 73-63.

یوسفیان، م. 1380. بررسی کارایی مصرف آب (WUE) در ارقام برنج. پایان نامه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی. دانشکده کشاورزی. دانشگاه زنجان.

Abbasi, M.R. and Sepaskhah, A. R. 2011. Effects of water-saving irrigation on different cultivars (Oryza sativa L.) in field conditions. .Int. J. Plant Prod. 5 (2): 153- 166.

Abo-Ghalia, H. H. and A. A.  Khalafallah. 2008. Responses of wheat plants associated with arbuscular mycorrhizal fungi to short-term water stress followed by recovery at three growth stages. J. Appl. Sci. Res.4: 570-580.

Baldi, A., A. Jain, N. Gupta, A. K. Srivastava and V. S. Bisaria. 2008. Co-culture of arbuscular  mycorrhiza-like fungi (Piriformospora indica and Sebacina vermifera) with plant cells of Linum album for enhanced production of podophyllotoxins: a first report. Biotechnol. Lett. 30:1671-1677.

Barazani, O., C. C. Von Dahl and I. T. Baldwin. 2007. Sebacina vermifera promotes the growth and fitness of Nicotiana attenuata by inhibiting ethylene signaling. Plant Physiol. 144: 1223-1232.

Bouman, B. A. M. and T. P. Tuong. 2001. Field water management to save water and increase its productivity in irrigated rice. Agric. Water Manag. 49: 11–30.

Deshmukh, S., R. Huckelhoven, P. Schafer, J. Imani, F. Sharma and K. Kogel. 2006. The root endophytic fungus Piriformospora indica requires host cell death for proliferation during mutualistic symbiosis with barley. Proc. Natl. Acad. Sci.103:18450–18457.

Farshadfar, E., R. Mohammadi, M. Aghaee and J. Sutka. 2003. Identification of QTLs involved in physiological and agronomic indicators of drought tolerance in rye using a multiple selection index. Acta Agron. Acad. Sci. Hung. 51: 419-428.

Ghorbanli, M., S. H. Hashemi Moghadam and A. Fallah. 2004. Evaluation of interaction of irrigation and nitrogen on some physiological and morphological traits of rice. J. Agric. Sci. 3: 415-428.

Gooding, M. J., R. H. Ellis, P. R. Shewry and J. D. Schofield. 2003. Effects of restricted water availability and increased temperature on the grain filling, drying and quality of winter wheat. J. Cereal Sci. 37: 295-309.

Guerra, L. C., S. I. Bhuiyan, T. P. Tuong and R. Barker. 1998. Producing more rice with less water from irrigated systems. SWIM Paper 5, International Irrigation Management Institute, Colombo, Sri Lanka.

Hughes, S. G., J. A. Bryant and N. Smirinoff. 1989. Molecular biology, application to studies of stress tolerance. In: Plants under stress. Hamlyn, G.J., T.J. Flowers, M.B. Jonea, eds. New York: Cambridge University Press 131-135.

IRRI, PhilRice, NIA and BASC. 2005. Aerobic rice: A water-saving technology in development. www.irri.com.

Nematzadeh, G. A., G. S. Khush and B. S. Brar. 1993. Classification of rice germplasm from Iran via isozyme analysis. Rice Genet. Newsl. 1(10): 1-10.

Oelmuller, R., I. Sherameti, S. Tripathi and A. Varma. 2009. Piriformospora indica, a cultivable root endophyte with multiple biotechnological applications. Symbiosis. 49:1-17.

Prajapati, K., K. D. Yami and A. Singh. 2008. Plant growth promotional effect of Azotobacter chroococcum, Piriformospora indica and vermicompost on rice plant. Nepal J. Sci. Technol.  9: 85-90.

Sherameti, I., S. Tripathi, A. Varma and R. Oelmüller. 2008. The root-colonizing endophyte Piriformospora indica confers drought tolerance in Arabidopsis by stimulating the expression of drought stress-related genes in leaves. Mol. Plant-Microbe Interact. 21:799-807.

Siddique, M. R. B., A. Hamid and M. S. Islam. 1999. Drought stress effects on photosynthetic rate and leaf gas exchange of wheat. Bot. Bull. Acad. Sin. (Taipei). 40:141-145.

Singh, A. and A. Varma. 2005. Functional and immuno-characterization of sebacinaes: fungi with a broad mycorrhizal potentials. Sci. World J.  3: 53-61.

Slafer, G., J. Araus, C. Royo and L. G. Morol. 2005. Promising eco-physiological traits for genetic improvement of cereal yields in Meditarranean environments. Ann. Appl. Biol. 146:61-70.

Sun, C., J. M. Johnson, D. Cai, I. Sherameti, R. Oelmuller and B. Lou. 2010. Piriformospora indica confers drought tolerance in Chinese cabbage leaves by stimulating antioxidant enzymes, the expression of drought related genes and the plastid-localized CAS protein. J. Plant Physiol. 167: 1009-1017.

Varma, A., K. Sowjanya Sree, M. Arora, R. Bajaj, R. Prasad and A. Kharkwal. 2014. Functions of  novel symbiotic fungus - Piriformospora indica. Proc. Indian Natn. Acad. Sci. 80(2): 429-44.

Verma, S., A. Varma, K. H. Rexer, G. Kost, A. Sarbhoy, P. Bisen, B. Butehorn and P. Franken. 1998. Piriformospora indica gen. et sp. Nov., A new root-colonizing fungus. Mycologia. 95: 896-903.

Vierheilig, H., A. P. Coughlan, U. Wyss and Y. Piche. 1998. Ink and vinegar, a simple staining technique for arbuscular mycorrhizal fungi. Appl. Environ. Microbiol. 64(12): 5004- 5007.

Waller, F., B. Achatz, H. Baltruschat, J. Fodor, K. Becker, M. Fischer, T. Heier, R. Huckelhoven, C. Neumann, D. Von Wettstein, P. Franken and K. H. Kogel. 2005. The endophytic fungus Piriformospora indica reprograms barley to salt-stress tolerance, disease resistance, and higher yield. Proc. Natl. Acad. Sci. 102(38): 13386-13391.

Yang, J., J. Zhang, Z. Wang, Q. Zhu and W. Wang. 2001. Remobilization of carbon reserves in response to water deficit during grain filling in rice. Field Crops Res. 71:47-55.

 Yoshida, S. 1975. Factors that limit the growth and yields of upland rice. PP. 46-71. In: Major Research in Upland Rice, IRRI, Los Banos, Philippines.