Investigation of water deficit and physical seed priming effects on some morphophysiological traits and grain yield of maize (Zea mays L.)

Subject Areas : Journal of Plant Ecophysiology

Farhad Farahvash ¹ , Reza Siyami ² , Bahram Mirshekari ³ , Varahram Rashidi ⁴ , Alireza Tarinejad ⁵

1 - عضو هیات علمی گروه زراعت دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز
2 - Ph.D. student, Department of Agronomy and Plant Breeding, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
3 - Department of Agronomy and Plant Breeding, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
4 - Department of Agronomy and Plant Breeding, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
5 - Department of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agriculture, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran

Received: 2016-09-27 Accepted : 2018-01-03 Published : 2019-01-21

Keywords: "Leaf area index", " Priming", "Proline", " Grain yield",

Abstract :

To investigate the physical seed priming of maize under water deficit, a split plot experiment based on completely randomized block design with three replications was conducted at the Agricultural Research Station of Islamic Azad University, Tabriz Branch in 2014. Main plots consisted of two irrigation levels (control and water deficit respectively 70 and 110 mm evaporations from class A pan) and sub plots of eleven levels of physical priming (gamma and beta rays with fixed velocity of two micro curie, laser with continuous wave He-Ne with wavelength 6328 angstrom, magnetic field with 40 Mt and ultrasonic waves with maximum 3 wat/cm2 in 5 and 10 minutes along with control, without any treatment). Based on the results obtained, grain yield and leaf area index decreased by 18.5 and 23% respectively under drought stress condition in comparison with normal irrigation (70 mm evaporation from the pan). Proline concentration of leaves increased under drought stress by 38% as compared with control treatment. The highest leaf area indices by using magnetic field and 5 minutes laser and gamma irradiations obtained to be 3.95. The highest grain yield belonged to treatment of 5 and 10 minutes of magnetic field and to treatments of 5 minutes gamma and laser irradiations. Increasing treatment time from 5 to10 minutes, of gamma and laser irradiations decreased grain yield by 20 and 17%, respectively. It can be concluded that physical seed priming by magnetic field, gamma and laser irradiations for short times can be recommended for higher grain yields.

References:

آفرینش، ع.، ق. فتحی، ر. چوگان و س.ع. سیادت. 1394. بررسی اثر تنش خشکی بر برخی صفات مورفوفیزیولوژیک هیبریدهای متحمل به خشکی ذرت (Zea mays L.). نشریه تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی. سال 5، شماره 18: 204-195.

امام، ی. و م. نیک­نژاد. 1383. مقدمه­ای بر فیزیولوژی عملکرد گیاهان زراعی. انتشارات دانشگاه شیراز. 571 صفحه.

باصر کوچه‌باغ، س.، ف.، فرح ‌وش، ب. میرشکاری، ف. رحیم‌زاده خویی و ح. کاظمی اربط. 1392. تأثیر پیش‌تیمارهای فیزیکی و هیدروپرایمینگ بذر بر برخی صفات فیزیولوژیک و مورفولوژیک همیشه بهار رقم کم ‌پر (Calendula officinalis). نشریه علمی پژوهشی اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز. جلد 7، شماره 4(28): 430-421.

جمالی، ج.، ش. انتشاری و م. حسینی. 1391. تأثیر عناصر پتاسیم و روی بر تغییرات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی مقاومت به خشکی در ذرت (رقم سینگل کراس 704). فصلنامه علمی پژوهشی فیزیولوژی گیاهان زراعی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز. سال چهارم، شماره 14: 44-37.

شیخی، م.، ن.ع. ساجدی و م. جیریایی. 1391. تأثیر تنش کمبود آب بر خصوصیات زراعی هیبریدهای ذرت در شرایط اقلیمی اراک. مجله زراعت و اصلاح نباتات. جلد 8، شماره 3: 110-101.

عباسی، م. 1388. بررسی اثر تابش نور لیزر بر روی برخی از ویژگی‌های بذر گیاهان. چهارمین همایش منطقه‌ای ایده‌های نو در کشاورزی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد خوراسگان (اصفهان). دانشکده کشاورزی. 30-29 مهرماه.

غلامپور، م.، ع.م. دهپور جویباری و پ. راهداری. 1389. بررسی اثر تابش اشعه گاما و تنش شوری بر برخی از خصوصیات فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی برنج (Oryza sativa L.). فصلنامه علمی اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی. شماره 1، بهار، دوره 2: 7-1.

فرج‌زاده معماری تبریزی، ا.، م. یارنیا، و. احمدزاده و ن. فرج زاده معماری تبریزی. 1394. اثر سطوح تنش خشکی و غلظت‌های هومات پتاسیم بر دو هیبرید ذرت هیبرید 704 و 604. فصلنامه علمی پژوهشی فیزیولوژی گیاهان زراعی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز. سال هفتم، شماره 25: 118-105.

فرح وش، ف.، م. ع. حسین­پور فیضی، و. مددی سرای و پ. آذرفام. 1386. اثر پرتوگاما روی برخی صفات فیزیولوژیک گندم. مجله علوم کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی تبریز. سال اول، شماره 3: 99-91.

فیضی، ح. و پ. رضوانی مقدم. 1389. تأثیر میدان مغناطیسی و نانو ذرات نقره بر رشد، عملکرد و کیفیت سیلوی ذرت علوفه‌ای در مقایسه با کاربرد کودهای پرمصرف و کم‌مصرف. نشریه آب و خاک. جلد 24، شماره 6 : 1072- 1062.

منوچهری‌فر، پ.، ح. لاری یزدی و ب. زاجی. 1390. اثر سالیسیلیک اسید بر فعالیت آنزیم‌های کاتالاز و پراکسیداز در گیاهچه‌های 7 روزه ذرت رقم 647 تحت تنش خشکی. اولین همایش ملی مباحث نوین در کشاورزی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه. آبان 1390.

میری، ح.ر. و ع. ضمانی­ مقدم. 1393. کاربرد خارجی گلایسین بتائین به منظور کاهش اثرات تنش خشکی در ذرت  (Zea mays L.). نشریه پژوهش­های زراعی ایران. جلد 12، شماره 4: 717-704.

وفابخش، ج.، م. نصیری محلاتی و ع. کوچکی. 1387. اثر تنش خشکی بر عملکرد و کارآیی مصرف نور در ارقام کلزا (Brasica napus). مجله پژوهش‌های زراعی ایران. جلد 6: 208-193.

Acquaah, G. 2002. Principles of crop production (Theory, technical and te.chnology). Prentice-Hall of India. New Delhi. 460 p.

Aladjadjiyan, A. 2002. Study of influence of magnetic field on some biological characteristics of Zea mays. J. Central Eur. Agric. 3(2): 89-94.

Anyia, A.O. and H. Herzog. 2004. Water-use efficiency, leaf area and leaf gas exchange of cowpeas under mid-season drought. Eur. J. Agron. 20: 327-339.

Artola, A., G. Carrillo-Castaneda and G.D.L. Santos. 2003. Hydropriming:A strategy to increase Lotus corniculatus L. Secd vigor. Seed Sci and Technol. 31: 455-463.

Ashofteh Beiragi, M., M. Ebrahimi, Kh. Mostafavi, M. Golbashy, S. Khavari Khorasani .2011. A study of morphological basis of corn (Zea mays L.) yield under drought stress condition using correlation and path coefficient analysis. J. Cereals and Oilseeds. 2(2): 32-37.

Bates, L.S., R.P.Waldren and I.V. Tevre. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil. 39: 205-207.

Bradford, K. 1995. Water relations in seed germination. In: J. Kiged and G. Galili (eds). Seed Development and Germination. Marcel Dekker Inc. New York. pp: 351-396.

Cakir, R. 2004. Effect of water stress at different development stages on vegetative and reproductive growth of cron. Field Crops Res. 89: 1-16.

Chen, Y.P., L. Li and F.M. Wang. 2002. The effects of He-Ne laser and KT treatment on the seeds germination and growth of wheat. Acta Laser Boil. Sinica. 6: 412- 416.

Dubey, A.K. J.R. Yadav and B. Singh. 2007. Studies on induced mutations by gamma irradiation in okra (Abelmoschus esculentus (L.) Monch). Progressive Agric. 7(1/2): 46-48.

Eskandari, H. and K. Kazemi. 2011. Effect of seed priming on germination properties and seedling establishment of cowpea (Vigna sinensis). Notulae Scientia Biologicae 3(4): 113-116.

Estil, K., R.H. Delany, W.K. Smith and R.L. Ditterline. 1991. Water relations and productivity of alfalfa chlorophyll variants. Crop Sci. 31: 1229-1233.

Faqenabi, F., M. Tajbakhsh, I. Bernooshi, M. Saber-Rezaii, F. Tahri, S. Parvizi, M. Izadkhah, A. Hasanzadeh Gorttapeh and H. Sedqi. 2009. The effect of magnetic field on growth, development and yield of safflower and its comparison with other treatments. Res. J. Biol Sci. 4: 174-178.

Farjam, S., M. Jafarzadeh Kenarsari, A. Rokhzadi and B. Yousefi. 2014. Effects of inter-row spacing and superabsorbent polymer application on yield and productivity of rainfed chickpea. J. Bio and Environ Sci. 5(3): 316-320.

Florez, M., M.V. Carbonell and E. Martinez. 2007. Exposure of mazie seeds to stationary magnetic fields: Effects on germination and early growth. Environ Experiment Bot. 59: 68-75.

Hameed, A., T.M. Shah, B.M. Atta, M.A. Haq and H. Syed. 2008. Gamma irradiation effects on seed germination and growth, protein content, peroxidase and protease activity, lipid peroxidation in desi chickpea. Pak. J. Bot. 40(3): 1033-1041.

Hernandez, A.C., C.A. Carballo, A. Artola and A. Michtchenko. 2008. Laser irradiation effects on maize seed field performance. Seed Sci. Technol. 34: 193-197.

Hernandez, A.C., P.A. Dominguez, O.A. Cruz, R. Ivanov, C.A. Carballo and B.R. Zepeda. 2010. Laser in agriculture. Int. Agrophys. 24:407- 422.

Hernandez-Aguilar, C., A. Dominigues-Pacheco, A. Cruz-Orea, R. Ivanov, A. Carballo-Carballo, R. Zepeda-Bautista and L. Galindo-Soria. 2009. Laser irradiation effects on field performance of maize seed genotypes. Int. Agrophys. 23: 327-332.

Iqbal, M., Z.U. Haq, Y. Jamil and M.R. Ahmad. 2012. Effect of pre-sowing magnetic treatment on properties of pea. Int. Agrophys. 26:25-31.

Jamil. Y., Z. Ul-Haq, M. Iqbal, T. Perween and N. Amin. 2012. Enhancement in growth and yield of mushroom using magnetic field treatment. Int. Agrophys. 26: 375-380.

Majd, A., S. Farzpour Maajiani and D. Deranian. 2010. Study effect of magnetic field on seed germination of mung bean. J. Plant Sci Res. 18(2): 25-34.

Marincovic, B., Z. Ilin, J. Marincovic, M. Culibrk and G. Jacimovic. 2002. Potato yield in funcution variable electromagnetic field. Biophysics in agriculture production. University of Novisad. Tampograf.

Mokobia, C.E. and O. Anomohanran. 2005. The effect of gamma irradiation on the germination and growth of certain Nigerian agricultural crops. J. Radic. Prot. 25(2): 181-188.

Moll, R.H. and E.­J. Kamparth. 1977. Effect of population density up on agronomic traits associated with genetic increases in yield of maize. Agron. J. 69: 81-84.

Nesmith, D.S. and J.T. Ritchie. 1992. Short and long-term responses of corn to pre-anthesis soil water deficit. Agron. J. 84: 107-113.

Nikolaeva. M.K., S.N. Maevskaya, A.G. Shugaev and N.G. Bukhov. 2010. Effects of drought on chlorophyll content and antioxidant enzyme activities in leaves of three wheat cultivars varying in productivity. Rus. J. Plant Physiol. 57: 87-95.

Osborne, S.L., D.D. Schepers, J.S. Frencis and M.R. Schlemmer. 2002. Use of spectral radiance to estimate in -season biomass and grain yield in nitrogen and water stress on corn. Crops Sci. 42: 165-171.

Pietruszewski, S., and K. Kania. 2010. Effect of magnetic field on germination and yield of wheat. Int. Agrophys. 24: 297-302.

Racuciu, M., D. Creanga and I. Horga. 2008. Plant growth under static magnetic field influence. Rom. J. Physics. 53: 353-359.

Rochalska, M. 2005. Influence of frequent magnetic field on chlorophyll content in leaves of sugar beet plants. Nukleonika. 50: 525-528.

Rochalska, M., Grabowska, K., and Ziarnik, A. 2008 b. Impact of low frequency magnetic field on yield and quality of suger beet. Int. Agrophys. 23:163-174.

Rochalska, M., K. Grabowska and A. Ziarnik. 2008 a. Impact of low frequency magnetic fields on yield and quality of maize. Int. Agrophys. 23: 163-174.

Rybinski, W., S. Pietruszewski and K. Kornazynski. 2003. Influence of magnetic field with chemomutagen and gamma rays on the variability of yield parameters in barley. Int. Agrophys. 85-91.

Schussler, J.R. and M.S. Westgate. 1991. Maize kernel set at low water potential: I. Sensitivity to reduce assimilates during early kernel growth. Crop Sci. 31: 1189-1195.

Sharma, D.K. and D. S. Rana. 2007. Response of castor (Ricinus communis) genotypes to low doses of gamma irradiation. Indian J. Agric. Sci. 77(7): 467-469.

Silvianeam, U. and V.V. Marariu. 2005. Plant growth in experimental space flight magnetic field conditions. Rom. J. Biophys. 15(1): 41-46.

Tesfye, K., S. Walke and M. Tsubo. 2006. Radintion interception and radiation use efficiency of three gran legumes under water deficit conditions in semi-arid conditions. Eur. J. Agron. 25: 60-70.

Yaldagard, M. and S.A. Mortazavi. 2008. Application of ultrasonic waves as a priming technique for the germination of barley seed. J. Plant Physiol. 114­(1): 14-21.