Evaluation of Growth and Physiological Responses of Sorghum Varieties to Irrigation Water Salinity

Document Type : Research Paper

Author

Assistant Professor, Greenhouse Cultivation Research Department, Tehran Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Varamin, Iran.

Abstract

In this study, salinity tolerance of five sorghum varieties (Speedfeed, Kimia, Payam, Sepideh, and Pegah) was studied using five irrigation water salinity levels (non-saline water, 4, 8, 12 and 16 dS/m) in the greenhouse. The statistical design was a factorial randomized complete block design with 25 treatments and four replications. The studied traits included plant height, leaf area, dry weight of roots and shoots, ratio of dry weight of roots to shoots, leaf chlorophyll index, concentration of sodium, chlorine and potassium in leaves and roots. The effect of variety and the effect of salinity stress on the mean of all measured traits were significant (P <0.01). At salinities of 4, 8, 12, and 16 dS/m, shoot dry weight was lower than the control (5.72 g/plant) by16.2%, 35.1%, 55.7%, and 69.4%, weight of dried roots lost 26.6%, 53%, 72% and 82%, compared to the control (5 g/plant), and the leaf area of the plants decreased by 29.4%, 58.3%, 75.5%, and 86.3% compared to the control, respectively. There was a negative correlation between chlorine and leaf sodium concentrations with shoot dry weight. Fisher stress sensitivity coefficient was used to evaluate the salinity sensitivity of cultivars based on shoot dry weight. Based on this coefficient, Speedfeed variety had the lowest salinity sensitivity coefficient (0.73) and Pegah cultivar had the highest (1.21). Regression was determined between different salinity levels with shoot dry weight for each cultivar. Accordingly, Speedfed, Kimia, Payam, Sepideh, and Pegah cultivars suffered a 50% reduction in shoot dry weight in salinities of 13.89, 12.95, 9.73, 9.62 and 9.50 dS/m. Based on the results, Speedfeed variety had a higher salinity tolerance than other cultivars and is recommended for cultivation in saline soil and water conditions.
 

Keywords

References

  1. امامی، ع. 1375 روش‌های تجزیه گیاه. موسسه تحقیقات خاک و آب. نشریه شماره 982. کرج. ایران
  2. امداد، م. ر. و فرداد. ح. 1379. اثر تنش شوری و رطوبتی بر عملکرد ذرت. مجله علوم کشاورزی ایران، جلد سی و یک. 654-641
  3. آناقلی، ا.، طباطیایی، س. ع و فومن، ع. 1389. ارزیابی تحمل به شوری ارقام سورگوم علوفه ای با استفاده از شاخص های حساسیت و تحمل به تنش. مجله الکترونیک تولید گیاهان زراعی، جلد سوم، شماره اول، 89-102
  4. ثابت­تیموری، م. ح. خزاعی، ا و نصیری­محلاتی. م. 1386 . تأثیر سطوح مختلف شوری بر فعالیت آنزیم آنتی­اگسیدان برگ و خصوصیات فیزیولوژیکی گیاه کنجد. مجله پژوهش­های آب در کشاورزی، جلد چهارم. 109-119
  5. چوگان، ر.، حیدری، ع. ر.، محمدی، ع. و حدادی، م. ح. 1387. ارزیابی تحمل به خشکی در هیبریدهای ذرت دانه ای با استفاده از شاخص های تحمل به خشکی. گیاه و خاک.جلد بیست و چهار. شماره سوم. 543-562
  6. حیدری شریف­آباد، ح. 1380­. گیاه و شوری. انتشارات موسسه تحقیقات جنگل­ها و مراتع، تهران، 190 صفحه.
  7. خدارحم‏پور، ز و سلطانی، آ. رتبه‏بندی لاین‏های سورگوم علوفه‏ای (Sorghum bicolor L) به تنش شوری بر اساس رشد اولیه گیاهچه. 1392. مجله علمی فیزیولوژی گیاهان زراعی. جلد پنج. شماره هیجدهم. ۴۹-۶۵
  8. رنجبر, غ. و سلطانی گردفرامرزی، و. 1396. مقایسه عملکرد و غلظت عناصر برگ سورگوم و کوشیا در شوری‌های مختلف آب آبیاری و تراکم کوشیا. پژوهش آب در کشاورزی. جلد سی و یک. شماره اول. 29-42.
  9. سلطانی حویزه، م.، و میرمحمدی میبدی، س.، و ارزانی، ا.. 1388. بررسی همبستگی صفات مرفوفیزیولوژیک با عملکرد وزن خشک ارقام تجاری و امیدبخش نیشکر تحت شرایط تنش شوری در ابتدای مرحله رشد رویشی. فیزیولوژی گیاهان زراعی, شماره یک، جلد دو. 26-33.
  10. سیلسپور، م، گلچین، ا و روزبان، م. 1395. ارزیابی پاسخ های رشدی دو رقم زیتون در شرایط شوری. به زراعی کشاورزی، دوره هیجده، شماره یک.
  11. شریفان، ح. و کاظمی­حسنوند م. 1394. بررسی عملکرد و اجزای عملکرد گیاه سورگوم تحت شرایط آبیاری با آب دریای خزر. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. چلد نه. 169-163
  12. صفری محمدیه، ز. مقدم، م. عابدی، ب. و سمیعی، ل 1394. تأثیر تنش شوری بر برخی از پارامترهای عملکرد و خصوصیات مورفولوژیکی نعناع (Mentha spicata L) در شرایط هیدروپونیک. مجله علوم و فناوری کشت‌های گلخانه ای. جلد شش. شماره سه. 97-107.
  13. علی­نیا، م و کاظمینی، س. ع. 1396. اثر تنش شوری بر رشد، عملکرد و برخی ویژگی­های فیزیولوژیک ارقام سورگوم علوفه­ای. نشریه تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی. سال هفتم، شماره دو
  14. علی نیایی فرد, س، طباطبایی، س. ج.، حاجیلو، ج.، چاپار زاده, ن. 1387. تاثیر مواد آنتی اکسیدانت و شوری بر خصوصیات فتوسنتزی و رشد رویشی زیتون رقم زرد. علوم باغبانی ایران, جلد سی و نه. شماره یک.
  15. گلعین، ب.، میرعباسی، ف.، ربیعی، و.، فیفایی، ذ. 1392. اثر تنش شوری بر میزان کلر، سدیم، پتاسیم، کلروفیل و قندهای محلول در نژادگان‌های مرکبات. تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی. جلد هفت، شماره سه. ۱۸۳-۱۷۳
  16. مقصومی هلاسو، س. و پوراکبر، ل. 1393. اثرات تنش شوری بر رشد و برخی پارامترهای فیزیولوژیکی نهال گندم (Triticum aestivum L). مجله زیست شناسی گیاهی ایران. جلد شش. شماره نوزده. 31-42.
  17. مولوی، ح. محمدی، م. و لیاقت. ع. 1391­. اثر مدیریت آب شور طی دوره رشد بر عملکرد و اجزای عملکرد ذرت دانه­ای و پروفیل شوری خاک. مجله علوم و مهندسی آبیاری. چلد سی و پنج. 11-18
  18. Ajmal Khan, M. and Gulzar, S. 2003. Germination responses of Sporobolus ioclados: A saline desert grass. Journal of Arid Environments. 53, 387-394.
  19. Archangi A, Khodambashi M, Mohammadkhani A. 2012. The effect of salt stress on orphological characteristics and Na+, K+ and Ca2+ ion contents in medicinal plant fenugreek (Trigonella foenum graecum) under hydroponic culture. Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture, 3 (2), 33-41.
  20. Ashraf, M., McNeilly, T. and Bradshaw. A. D. 2006. Selection and habitability of tolerance to sodium chloride in four forage species. Crop Sci. 227: 232- 234.
  21. Chauhan, R., Chaudhary, R., Singh, A. and Singh. P. K. 2012. Salt tolerance of Sorghum bicolor cultivars during germination and seedling growth. Research Journal of Recent Sciences, 1(3): 1-10.
  22. Craine, J. M. 2005. Reconciling plant strategy theories of Grime and Tilman. Journal of Ecology 93: 1041-1052.
  23. Croser, C., Renault, S., Franklin, J. and Zwiazek, J. 2001. The effect of salinity on the emergence and seedling growth of piceamorian, picceaglausa and pinusbanksiana. Environ. Poll. 115:6-16.
  24. Deinlein, U., Stephan, A. B., Horie, T., Luo, W., Xu, G. and Schroeder, J. I. 2014. Plant salttolerance mechanisms. Trends in Plant Science 19: 371-379.
  25. Demir Kaya, M. & Ipek, A. 2003. Effect of different soil salinity levels on germination and seedling growth of safflower (Carthamus tinctorius L.). Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 27, 221-227.
  26. Demiral, T. and Turkan, I. 2004. Comparative lipid peroxidation, antioxidant defense systems and proline content in roots of two rice cultivars differing in salt tolerance. Environ. Exp. Bot. 53: 247-257.
  27. Ferreira-Silva, S. L., Silveira, J., Voigt, E., Soares, L. and Viegas, R. 2008. Changes in physiological indicators associated with salt tolerance in two contrasting cashew rootstocks. Brazilian Journal of Plant Physiology 20: 51-59.
  28. Francois, L.E., Donovan, T.J. and Maas, E.V. 1984. Salinity effects on seed yield, growth and germination of grain sorghum. Agron. J. 76: 741–744.
  29. Hasegawa, P. M. Bressnan, R. A. Zhu, J. K. and Bohnert, H. J. 2000. Plant cellular and molecular responses to high salinity. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 51, 463-499.
  30. Henggeler, J.C. 2005. The conjunctive use of saline irrigation water on deficit-irrigated cotton. Ph.D Thesis. Biological and Agricultural Engineering, Texas A&M University.
  31. Huang, C.H. Zong, L. Buonanno, M. Xue, X. Wang, T. and Tedeschi, A. 2012. Impact of saline water irrigation on yield and quality of melon (Cucumismelo cv. Huanghemi) in northwest China: European Journal of Agronomy 43: 68-76.
  32. Jacobsen S. E., Mujica. A and Jensen, C. R. Resistance of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) to adverse, abiotic factors. J. Exp. Bot., 54: 21-21.
  33. Kafi, M., Nabati, J. and Mehrjerdi, Z.M. 2011. Effect of salinity and silicon application on oxidative damage of sorghum (Sorghum bicolor L.). Pak. J. Bot. 43: 2457-2462.
  34. Kazemzadeh Haghighi, A. 2008. Evaluation of salinity tolerance in relation to proline accumulation and soluble sugars in nine forage sorghum varieties. Biology Journal 1 (1): 15-23.
  35. Koyro, H.W and Eisa, S. S. 2008. Effect of salinity on composition, viability and germination of seeds of Chenopodium quinoa Willd. Plant Soil 302: 79-90.
  36. Krishnamurthy, L., Serraj, R., Hash, A., and Reddy, B. V. 2007. Screening sorghum genotypes for salinity tolerant biomass production. Euphytica 156: 15-24.
  37. Lacerda, C. F., Cambraia, J., Oliva, M. A., and Prisco, J. T. N. 2003. Solute accumulation and distribution during shoot and leaf development in two sorghum genotypes under salt stress. Environmental and Experimental Botany 49: 107-120.
  38. Maas, E.V., and Hoffman, G.J. 1977. Crop salt tolerance–current assessment. Journal of Irrigation and Drainage. Div. ASCE. 103:115– 134.
  39. Mane, A. V., Deshpande, T. V., Wagh, B. A and Samant, J. S. 2011. Acritical review on physiological changes associated with reference to salinity. International Journal of Environmental Science 1(6): 1192-1216.
  40. Mazloomi, F. and Ronaghi, A. 2012. Effect of salinity and phosphorus on growth and chemical composition of two varieties of spinach. Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture, 3(1), 85-96.
  41. Munns R. 2002. Comparative physiology of salt and water stress. Plant Cell Environ. 25:239-250.
  42. Munns, R. and Tester, M. 2008. Mechanisms of salinity tolerance. Annu. Rev. Plant Biol. 59: 651-681.
  43. Najafi, N. and Sarhangzadeh, E. 2012. Effect of NaCl salinity and soil waterlogging on growth characteristics of forage corn in greenhouse conditions. Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture, 3 (2), 1-15.
  44. NasirKhan, M., Manzer, H., Sedighqui, M., Khan, A., and Naeen, M. 2007. Salinity induced changes in growth, enzyme activities, photosynthesis, proline accumulation and yield in linseed genotypes. World Journal of Agricultural Science. 3(5), 685-695.
  45. Netondo, G. W., Onyango, J. C. and Beck, E. 2004. Sorghum and Salinity: II. Gas exchange and chlorophyll fluorescece of sorghum under salt stress. Crop Science 44: 806-811.
  46. Parida, A. K. and Das, A. B. 2005. Salt tolerance and salinity effects on plants: A review. Ecotoxicol. Environ.Safety 60: 324-349.
  47. Parida, A. K., Das, A. B and Mittra, B. 2004. Effects of salt on growth, Ion accumulation photosynthesis and leaf anatomy of the mangrove. Trees. 18:167-174.
  48. Rassam, G. Dadkhah, A. and Khoshnoud Yazdi, A. 2015. Evaluation of Water Deficit on Morphological and Physiological Traits of Hyssop (Hyssopus officinalis L.). Journal of Agronomy Sciences. 5(10), 1-12. Reddy, B. V. S., Ashok Kumar, A., Sanjana Reddy, P., Ibrahim, M., Ramaiah, B., Dakheel, A. J., Ramesh, S. and Krishnamurthy, L. 2010. Cultivar options for salinity tolerance in sorghum. Journal of SAT Agricultural Research 8: 1-5. Available online at: http:// ejournal.icrisat.org.
  49. Redmann, R. E., Qi, M. Q. and Belyk, M. 2005. Growth of sorghum varieties in response to soil salinity. Can. J. Plant Sci. 94: 797- 799.
  50. Rengasamy, P. 2010. Soil processes affecting crop production in salt-affected soils. Funct. Plant Biol., 37: 613-620.
  51. Soleimani, M. R., Kafi, M., Ziaee, M. and Shabahang, J. 2008. Effect of limited irrigation with saline water on forage of two local populations of Kochia scoparia L. Schrad. Journal of Water and Soil 22: 148-156Szczerba M. W., Britto D. T. and H. J. Kronzucker 2009. K+ transport in plants: physiology and molecular biology. Plant Physiology. 166: 447-466.
  52. Szczerba M. W., Britto D. T., Balkos K. D. and Kronzucker, H. J. 2008. NH4+-stimulated and -inhibited components of K+ transport in rice (Oryza sativa L.). Experimental Botany, 59: 3415–3423.
  53. Tabatabaei, S. A., Kouchaki, A. R. and Molasadeghi, J. 2014. Evaluation of salinity tolerance of barley cultivars in vitro and field conditions. Crop Physiology Journal 5 (20): 87-101.
  54. Tahir, M., NaeemIqbal, H.R., MuhammaQasim, M., and Yasin, A. 2010. Growth modulation and ion partitioning in salt stressed sorghum (Sorghum bicolor) by ezogenous supply of salicylic acid. Pakistan Journal of Botany, 42, 3047-3054.
  55. Teakle, N. L. and Tyerman, S. D. 2010. Mechanisms of Cl transport contributing to salt tolerance. Plant, Cell and Environment 33: 566-589.
  56. Teakle, N. L. and Tyerman, S. D. 2010. Mechanisms of Cl transport contributing to salt tolerance. Plant, Cell and Environment 33: 566-589.
  57. Trognitz, B. R. 2003. Prospects of breeding quinoa for tolerance to abiotic stress. Food Rev. Int. 19: 129-137.
  58. Tsai, Y. C., Hong, C. Y., Liu, L. F. and Kao, H. 2004. Relative importance of Na+ and Cl– in NaCl induced antioxidant systems in roots of rice seedlings. Physiologia Plantarum 122: 86-94.
  59. Tsai, Y. C., Hong, C. Y., Liu, L. F. and Kao, H. 2004. Relative importance of Na+ and Cl– in NaCl induced antioxidant systems in roots of rice seedlings. Physiologia Plantarum 122: 86-94.
  60. Volkmar, K., Hu, Y., and Steppuhn, H. 1998. Physiological responses of plants to salinity: A review. Can. J. Plant Sci. 78: 19-27.
  61. Zayed, B. A., Salem, A. K. M. and El-Sharkawy, H. M. 2011. Effect of different micronutrient treatments on rice (Oriza sativa) growth and yield under saline soil conditions. World Journalof Agricultural Sciences 7 (2): 179-184.
  62. Zheng, Y., Aijun, J., Tangyuan, N., Xud, J., Zengjia, L. and Gaoming, J. 2008. Potassium nitrate application alleviates sodium chloride stress in winter wheat cultivars differing in salt tolerance. Journal of Plant Physiology 165: 32-41
Journal of Water Research in Agriculture
Volume 36, Issue 1
June 2022
Pages 1-20

Files

Share

How to cite

Statistics