مطالعه روند رشد دانه ارقام گندم تحت شرایط تنش خشکی با استفاده از مدل های ریاضی

تنش خشکی، یکی از مهم ترین تنش های محیطی در مناطق مختلف دنیا است که باعث ناپایداری عملکرد در گیاهان زراعی می شود. بیش از 20 درصد از زمین های زراعی دنیا تحت تاثیر خشک سالی متوسط تا شدید قرار دارند. مرحله پر شدن دانه، آخرین مرحله در نمو گیاهان زراعی و مهم ترین مرحله در تجمع ماده خشک در دانه است. با استفاده از مدل های ریاضی می توان سرعت و مدت زمان پرشدن دانه و تاثیر عوامل مختلف محیطی و زراعی بر این دو ویژگی مهم تاثیرگذار بر وزن دانه را پیش بینی کرد. مدل های کوادراتیک، مکعب چند جمله ای و لجستیک از جمله مدل های ریاضی هستند که به صورت کارآمد جهت پیش بینی روند رشد دانه استفاده شده اند. هدف از اجرای این تحقیق، بررسی روند رشد دانه و تجمع مواد فتوسنتزی در دانه ارقام مختلف گندم تحت شرایط بدون تنش (شاهد) و تنش خشکی انتهای فصل با استفاده از مدل های ریاضی و بررسی تاثیر ویژگی های رشد دانه بر عملکرد دانه بود.

آزمایش به صورت کرت های خرد شده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان در سال زراعی 99-1398 اجرا شد. آبیاری معمولی (شاهد) و تنش خشکی پس از گل دهی به عنوان فاکتور اصلی و چهار رقم گندم (شیراز، مرودشت، آذر2 و روشن) به عنوان فاکتور فرعی در نظر گرفته شدند. تنش خشکی با قطع آبیاری تا رسیدن پتانسیل آب خاک به حدود 2- مگاپاسکال اعمال شد. جهت بررسی روند رشد دانه، پس از اتمام گلدهی به فاصله هفت روز یک بار از سنبله های اصلی نمونه گیری و پس از خشک شدن سنبله ها، دانه ها از سنبله جدا و وزن تک دانه محاسبه و سپس با استفاده از مدل های ریاضی مختلف، روند رشد دانه ها ارزیابی شد. به منظور تعیین بهترین مدل از شاخص های آماری مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، آکاییک تصحیح شده (AICc) و شاخص i∆ استفاده و مدلی که کم ترین میزان این شاخص ها را داشت، به عنوان بهترین مدل انتخاب شد. در انتها حداکثر سرعت پر شدن دانه، میانگین سرعت پر شدن دانه و مدت زمان پر شدن دانه با استفاده از مدل برگزیده برآورد شد. علاوه بر روند رشد دانه، صفات ارتفاع بوته، طول سنبله اصلی، عملکرد دانه، عملکرد زیستی و شاخص برداشت نیز اندازه گیری شد.

یافته های تحقیق: 

مقایسه مدل های مختلف با استفاده از شاخص های RMSE، AICc و i∆ نشان داد که مدل داروچ و بیکر (مدل شماره یک) بهترین مدل در ارزیابی روند رشد دانه ها در این تحقیق بود. بررسی رشد دانه با این مدل نشان داد که وزن نهایی دانه در تمامی ارقام در شرایط تنش خشکی کاهش یافت و طبق پیش بینی این مدل، کم ترین و بیش ترین وزن نهایی دانه به ترتیب متعلق به رقم های آذر2 و شیراز بود. مدت زمان پرشدن دانه نیز تحت شرایط تنش خشکی کاهش 9.3 درصدی نشان داد و رقم های شیراز (42.3 روز)  و آذر2 (34.4 روز) به ترتیب بیش ترین و کم ترین مدت زمان پرشدن دانه را داشتند. تنش خشکی، سرعت فتوسنتز، دوام سطح برگ و تعداد دانه در سنبله را نیز کاهش داد، اما میانگین و حداکثر سرعت پرشدن دانه تحت تاثیر تنش خشکی قرار نگرفت که احتمالا ناشی از افزایش انتقال مجدد مواد فتوسنتزی تحت شرایط تنش خشکی باشد. همبستگی مثبت و معنی داری بین مدت زمان پر شدن دانه با عملکرد دانه تحت شرایط تنش خشکی (0.375=r) و شاهد (0.634=r) مشاهده شد و می توان نتیجه گرفت که در این تحقیق مدت زمان پر شدن دانه مهم تر از سرعت پر شدن دانه بود. تنش خشکی، وزن هزار دانه ارقام مورد مطالعه را در حدود 18.3 درصد کاهش داد و رقم آذر2 و مرودشت به ترتیب با 47.70 و 33.50 گرم، بیش ترین و کم ترین وزن هزار دانه را داشتند. عملکرد دانه و شاخص برداشت ارقام مورد مطالعه نیز به ترتیب در حدود 40.8 درصد و 22.4 درصد تحت شرایط تنش خشکی کاهش یافتند و رقم های شیراز (4747.4 کیلوگرم) و آذر2 (3179 کیلوگرم) بیش ترین و کم ترین عملکرد دانه را تولید کردند. کاهش شاخص برداشت نشان داد که تنش خشکی عملکرد دانه را بیش از عملکرد زیستی کاهش داده است که احتمالا به دلیل کوتاه شدن دوره پرشدن دانه و اختلال در فرایند پر شدن دانه است.

در مجموع نتایج این آزمایش نشان داد که تنش خشکی پایان فصل به طور معنی داری سرعت فتوسنتز، دوام سطح برگ، تعداد دانه در سنبله، وزن هزار دانه و مدت زمان پر شدن دانه ارقام مورد مطالعه را کاهش داد و در نهایت منجر به کاهش عملکرد دانه شد.