پایاننامهی کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی کشاورزی
گرایش: زراعت
ج- بیان مسأله اساسی تحقیق به طور کلی (شامل تشریح مسأله و معرفی آن، بیان جنبههای مجهول و مبهم، بیان متغیرهای مربوطه و منظور از تحقیق) :
در بین مشکلات گوناگونی که در زندگی بشر وجود دارد، همواره تغذیه موجودیت و آسایش او را بیشتر تهدید میکند. این مسئله از نظر اقتصادی و اجتماعی در درجه اول اهمیت جوامع بشری قرار گرفته است، به طوری که سطح تمدن و درجه پیشرفت هر جامعه را از چگونگی تغذیه آن جامعه مورد ارزیابی قرار می دهند. بررسی مشکلات کمبود مواد غذایی در یک سطح بین‌المللی نشان داده است که گر چه در بسیاری ازکشورهای در حال توسعه، سوء تغذیه وجود دارد اما این معضل تنها خاص مناطق یادشده نیست. در کشورهای غنی و ثروتمند هم بخشی از مردم از این مشکل رنج می‌برند. سوء تغذیه از کمبود کالری ناشی می‌شود ولی کمبود پروتئین از کمبود کالری شیوع بیشتری دارد. به علت اینکه پروتیین‌های حیوانی گران هستند و اغلب کمتر از مقدار مورد نیاز در دسترس قرار دارند، به تازگی پروتئین‌های گیاهی مورد توجه زیادی قرار گرفته است. در بین انواع منابع جدید پروتئین، پروتئین سویا در مقام اول قرار گرفته است.
سویا (Glycine max L. ) یکی از گیاهان مهمی است که به واسطه وجود مواد غذایی مهمی از قبیل پروتئین، روغن، هیدرات کربن و ویتامین ها به عنوان یک گیاه صنعتی و محصول استراتژیک نه تنها پاسخگوی مصارف غذایی در زنجیره ی گسترده غذایی است بلکه مصارف صنعتی فراوانی نیز دارد و می توان آن رابه عنوان منبع نیتروژن جهت تقویت خاک برای کشت بعدی بکار برد.
همچنین بدلیل مصارف متنوع دانه سویا افزایش تولید آن ضروری به نظر می رسد. دانه سویا بطور متوسط حاوی 18 درصد روغن و 44 درصد پروتئین است که می تواند مهمترین ماده اولیه صنایع روغن کشی و تولید فرآورده های پروتئینی و خوراک دام باشد.
استفاده بی‌رویه از کودهای شیمیایی به خصوص در طی 4 دهه اخیر، علاوه بر زیان‌های اقتصادی و مالی که برای کشاورزان داشته، بلکه آلودگی محیط زیست، مواد غذایی، آب‌های سطحی و زیرزمینی، کاهش عناصر کمیاب مانند روی، آهن، مس و منگنز و در نهایت تهدید سلامتی مصرف کنندگان را به همراه داشته است.
استفاده از باکتری های محرک رشد یکی از راه کار هایی است که می توان برای تغذیه و بهبود رشد گیاه و به علاوه حفظ بهداشت محیط زیست امیدوار شد. در زمانی که گیاه در محیط فاقد عناصر معدنی قرار می گیرد، ارتباطات همزیستی می تواند مفید باشد و موجب رشد گیاه شود. برای جذب عناصر معدنی خاک و افزایش کارایی جذب در گیاهان از روشهای مختلفی همچون استفاده از منابع کودی، استفاده از مواد آلی و تلقیح گیاهان با باکتری های محرک رشد PGPR می توان سود برد. باکتری های محرک رشد از طریق تأثیر بر فیزیولوژی و مورفولوژی ریشه گیاهان تلقیح شده موجب افزایش جذب عناصر و رشد بیشتر گیاهان می شود (مهدوی پور و همکاران،1388).
د - اهمیت و ضرورت انجام تحقیق (شامل اختلاف نظرها و خلاءهای تحقیقاتی موجود، میزان نیاز به موضوع، فواید احتمالی نظری و عملی آن و همچنین مواد، روش و یا فرآیند تحقیقی احتمالاً جدیدی که در این تحقیق مورد استفاده قرار میگیرد:
کشاورزی ارگانیک یک سیستم تولیدی است که در آن به کاربرد گسترده و مناسب کود های زیستی، بقایای گیاهی،کودهای دامی، بقولات و کودهای سبز در مقایسه با کودهای شیمیایی، حشره کش ها، علف کش ها و تنظیم کننده های رشد تاکید می کند (اورهان و همکاران،2006).
هدف ازعملیات کشاورزی در افزایش تنوع زیستی، ایجاد چرخه های بیولوژیک و فعالیت بیولوژیک خاک به سیستم های زراعی به شکلی است که مانند اکوسیستم های طبیعی از نظر اجتماعی، اکولوژیکی و اقتصادی پایدار باشد (سامان و همکاران،2008). بنابراین اجتناب از فشارهای منفی به محیط زیست، بهبود بخشیدن برنامه های توسعه ای که نیازهای کودی گیاهان را تأمین می کند لازم است (شینر و همکاران2002).
بهبود کیفیت خاک می تواند بر اساس بهبود شاخص های کمی و کیفی جامعه ی زیستی آن ارزیابی شود به همین دلیل استفاده از کودهای بیولوژیک از مؤثرترین شیوه های مدیریتی برای حفظ کیفیت خاک در سطح مطلوب محسوب می گردد (بوریل و همکاران،2006).
ه- مرور ادبیات و سوابق مربوطه (بیان مختصر پیشینه تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور پیرامون موضوع تحقیق و نتایج آنها و مرور ادبیات و چارچوب نظری تحقیق):
بررسی های انجام شده در شرایط تلقیح و عدم تلقیح با باکتری نشان داد که تلقیح بذر با باکتری سبب افزایش معنی داری در میانگین تعداد غلاف در بوته (11 درصد) و میانگین تعداد دانه در بوته (14درصد) نسبت به شرایط عدم تلقیح با باکتری شد)کاظمی و همکاران،1384). تلقیح با باکتری سبب افزایش معنی داری در میانگین وزن هزار دانه (5 درصد) نسبت به شرایط عدم تلقیح با باکتری شد (کاظمی و همکاران،1384). از آنجا که سویا قسمت اعظم نیاز نیتروژن خود را از هوا تأمین می کند تلقیح با باکتری توصیه می گردد بطوریکه درصد نیتروژن و مقدار کل جذب نیتروژن افزایش می یابد و سبب افزایش رشد گیاه و سطح فتوسنتز کننده می شود (اسدی رحمانی و همکاران،1379). در مراحل پر شدن دانه به دلیل سطح فتوسنتز کننده بیشتر در تیمارهای تلقیحی، انتقال مواد فتوسنتزی بیشتری به دانه صورت می گیرد و این عامل می تواند باعث افزایش اندازه و وزن دانه گردد (پور دوایی و یوسفی،1371). در سویا تلقیح با باکتری در اندازه و درشتی دانه اثر مثبت داشته و در حقیقت آن را می توان یکی از فاکتورهایی دانست که در افزایش عملکرد دانه مؤثر می باشد. اسدی رحمانی و همکاران (1379) گزارش کردند برای بدست آوردن یک محصول با دانه های درشت مصرف باکتری توصیه می شود. تلقیح با باکتری سبب افزایش معنی داری در میانگین عملکرد دانه به میزان 20درصد در مقایسه با عدم تلقیح گردید.
کریشناموهان و رائو (1998) در بررسی بر روی سویا دریافتند که تلقیح بذر با نژادهای مختلف رایزوبیوم، سطح برگ، تولید وزن خشک، تثبیت نیتروژن و عملکرد دانه را به طور معنی داری افزایش داد.
زنگ (2002) در بررسی تاثیر تلقیح بذر با ریزوبیوم جاپونیکوم بر عملکرد و اجزای آن اظهار داشت در تمامی تیمارهای تلفیقی میانگین تعداد غلاف در بوته، میانگین تعداد دانه در بوته، وزن صد دانه و پروتئین دانه، پروتئین کل گیاه، توسعه برگ و تجمع سطح برگ نسبت به تیمار شاهد بدون تلقیح افزایش یافت.
در یک بررسی در خصوص اثر سویه های مختلف باکتری ژاپونیکوم بر جذب ریز مغذی ها در اندام هوایی و عملکرد دانه سویا معلوم گردید که اثر تیمارهای مختلف تلقیحی با ریزوبیوم به دلیل بهبود گره زایی موجب افزایش عملکرد سویا شد (مهدی پور و همکاران،1388).
ویرسما و ارف (1993) اظهار داشتند که اثر تلقیح بذر سویا با باکتری برادی ریزونیوم ژاپونیکوم افزایش معنی داری در عملکرد دانه و تجمع نیتروژن در گیاه داشته است.
زایدی (2003) گزارش کرد تلقیح بذر سویا با سودوموناس و برادی ریزوبیوم باعث بهبود جوانه زنی بذور و استقرارگیاهچه گردید. گراسیا دی سالامون (2000) گزارش کرد که تأثیر سودوموناس فلورسنس بر تحریک رشد گیاه به دلیل تولید فیتو هورمونهای سیتوکنین بود. نتایج مشابهی نیز توسط فرانکن برگر و ارشد (1995) گزارش شد.
پتن وگلیک (1996) گزارش کردند که باکتریهای جنس سودوموناس قادر به تولید اکسین و تحریک رشد گیاه هستند.
دانسو وهمکاران (1987) گزارش کردند که واریته های سویا با عملکرد بالاتر، نیتروژن بیشتری از طریق همزیستی تثبیت می نمایند.
حفیظ و همکاران (2000) در بررسی میزان گره بندی ارقام مختلف عدس توسط نژادهای مختلف نشان دادند که نژادها و ارقام ، اثر معنی داری در تعداد گره داشته اند.
زایدی (2003) گزارش کرد تلقیح بذر سویا با سودوموناس و برادی ریزوبیوم باعث بهبود جوانه زنی بذر و استقرارگیاهچه گردید.
گراسیا دی سالامون (2000) گزارش کرد که تأثیرسودوموناس فلورسنس بر تحریک رشد گیاه به دلیل تولیدفیتوهورمونهای سیتوکنین بود. با توجه به اینکه تقسیم سلولی گیاهان در حضور سیتوکنین افزایش می یابد، می توان افزایش ظهور اولیه گیاهچه را مربوط به آن دانست.
ال-ملیگی (1989) نیز بهبود میزان ظهورگیاهچه های ذرت در مزرعه را در نتیجه پوشش دار کردن بذور با باکتری سودوموناس فلورسنس گزارش نمود. وی علت را به ترشح مواد تنظیم کننده رشد گیاهی به ویژه اکسین و مهار عوامل بیماریزای گیاهچه توسط باکتری سودوموناس فلورسنس نسبت داد.
پتن وگلیک (1996) گزارش کردند که باکتریهای جنس سودوموناس قادر به تولید اکسین و تحریک رشد گیاه هستند.
هرناندز و همکاران (1995) مشاهده کردند که تلقیح بذر با باکتری سودوموناس فلورسنس سبب افزایش درصد جوانه زنی گردید.
کلی و همکاران (1991) گزارش کردند که باکتری سودوموناس آنزیم آمینوسیکلوپروپان- 1کربوکسیلات دی آمیناز تولید می کند که بلافاصله آمینوسیکلوپروپان - 1-کربوکسیلات را به پیش ماده اتیلن برای ساخت آمونیاک و آلفاکتوبوتیرات تجزیه می کند. کاهش غلظت آمینوسیکلوپروپان - 1- کربوکسیلات درون گیاه باعث کاهش مقدار اتیلن تولید شده در گیاه و به دنبال آن سبب کاهش اثر بازدارندگی اتیلن بر طویل شدن ریشه و هدایت به سمت طویل شدن ریشه می گردد (پتن وگلیک،1996).
دیلیپ کومار و همکاران (2001) نشان دادندکه تلقیح توأم بذر نخود با ریزوبیوم و سودوموناس فلورسنس منجر به افزایش طول ساقه نسبت به تیمارشاهد شد.
گان نیبو و مارک پیپلز (1997) در بررسی اثر کود دهی ارقام سویای علوفه ای با سویه های مختلف باکتری برادی ریزوبیوم جاپونیکوم گزارش نمودند که هرچند کود دهی تعداد غلاف در گیاه را توانست افزایش دهد ولی در مقایسه با ارقام تلقیح شده نتوانست عملکرد و تعداد غلاف بیشتری در گیاه بوجود آورد.
راعی و همکاران (1387) در مورد تاثیر تلقیح برادی ریزوبیوم، کاربرد اوره و وجین علف هرز بر روند رشد و سرعت پرشدن دانه در سویا گزارش نمودند که تلقیح بذر با باکتری و وجین علف های هرز به ترتیب منجر به افزایش عملکرد بیولوژیک به میزان 19 و 40 درصد گردید، همچنین مصرف کود نیتروژن عملکرد بیولوژیک را در مقایسه با شاهد به طور معنی داری افزایش داد و نیز در بررسی روند سرعت پرشدن دانه تحت تأثیر سطوح مختلف کود نشان داد که در اوایل مرحله پرشدن دانه، سرعت پرشدن در تیمار فاقد کود بیشتر از تیمارهای کودی بود، ولی این تیمار سریع تر به حداکثر وزن رسیده و بعد از آن بر وزن خشک دانه اضافه نشد. تیمارهای کودی در مقایسه با تیمار فاقد کود سرعت پر شدن دانه کمی داشتند. اما دوام پرشدن دانه بیشتر بود به طوری که مقدار حداکثر وزن خشک دانه در این تیمارها ملاحظه شد. تلقیح گیاه با باکتری سرعت پرشدن دانه را افزایش داد که این امر را می توان به فراهم بودن نیتروژن حاصل از تثبیت بیولوژیک نیتروژن نسبت داد .
و – جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق:
سابقه کاربرد کودهای زیستی به قدمت آغاز کشاورزی بوده و به کارگیری کودهای دامی، کود سبز و مخلوط کردن بذر نیامدارانی چون یونجه با خاک مزرعه قبل از کشت، نمونه‌های بارز استفاده از کودهای زیستی در کشاورزی سنتی می‌باشند )وسی ،2003). در کشاورزی جدید نیز سابقه دانش استفاده از ریز‌جانداران مفید خاک زی به عنوان کود و مواد حاصلخیز کننده خاک به زمان استفاده از کودها در کشاورزی باز می‌گردد، به طوریکه نخستین مایه تلقیح را هیلتنر و ناب در سال 1895 تحت نام تجاری نیتراجین[1] تولید و عرضه کردند. در همین زمان در روسیه پژوهشگران تلقیح بذر با باکتریهای جنس باسیلوس را توصیه نمودند. سپس تولید کودهای زیستی در کانادا در سال 1905 و در استرالیا و سوئد در سال 1914 آغاز شد ولی به علت توسعه سریع تولید و مصرف کودهای شیمیایی استفاده از کودهای زیستی توسعه چندانی نیافت (باشان،1993). با این وجود به تدریج پژوهش و تولید این کودها توسعه یافت، به طوریکه در سال 1932 کاربرد وسیع از باکتریهای ازوتوباکتر و باسیلوس مگاتریوم[2] آغاز شد و در سال 1962 تولید صنعتی این باکتری‌ها برای مصرف در سطح 35 میلیون هکتار از مزارع اجرا گردید. همچنین دانشمندان چینی در سال 1940 باکتریهای تثبیت کننده زیستی نیتروژن و حل کننده فسفات را جداسازی نموده و در سال 1986 کاربرد وسیع باکتری‌ها آغاز گردید و در سال 1994 استفاده از کودهای زیستی باکتریایی در سطح معادل 3/39 میلیون هکتار از مزارع این کشور صورت گرفت (زهیر و همکاران،2004).
امروزه با درک بیشتر عوارض جدی زیست محیطی ناشی از به کار گیری بی رویه و نامتعادل کودهای شیمیایی و اهمیت استفاده از کودهای زیستی در بهبود حاصلخیزی خاک و تولید پایدار محصولات کشاورزی، تولید و کاربرد این کودها توسعه بیشتری یافته و بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه اقدام به تولید و مصرف کودهای زیستی نموده‌اند (کاناعیان،2002). در ایران نیز در سالهای اخیر و با تشکیل شورای عالی توسعه کاربرد مواد بیولوژیک و استفاده بهینه از کود و سم و تأسیس بخش تحقیقات بیولوژیک خاک در مؤسسه تحقیقات خاک و آب کشور با هدف استفاده از ریز جانداران مفید در جهت بهبود وضعیت تغذیهای گیاهان زراعی و باغی در سال 1374، همچنین تأمین اعتبارات تحقیقات در این زمینه توسط آن شورا زمینه توسعه پژوهش، تولید و مصرف کودهای زیستی در کشور فراهم شده است نقل از (صالح راستین، 1384).
ز- اهداف مشخص تحقیق (شامل اهداف آرمانی، کلی، اهداف ویژه و کاربردی):
این پژوهش به منظور بررسی تأثیر نیتروژن و پرایمینگ بذر با باکتریهای افزاینده رشد گیاه [3](PGPR) بر عملکرد و خصوصیات زراعی سویا اجرا خواهد شد. بطور کلی هدف تعیین مناسب‌ترین نژاد از باکتری محرک رشد و تا حد ممکن کاهش یا تعدیل مصرف کودهای نیتروژنی از طریق جایگزینی آن با باکتری های زیستی در بهبود عملکرد کمی و کیفی سویا می باشد.
ح – در صورت داشتن هدف کاربردی، نام بهرهوران (سازمانها، صنایع و یا گروه ذینفعان) ذکر شود (به عبارت دیگر محل اجرای مطالعه موردی):
1 وزارت جهاد کشاورزی
2 مؤسسات تحقیقاتی زیر مجموعه وزارت جهاد کشاورزی (مؤسسه اصلاح بذر و نهال، مؤسسه کنترل و گواهی بذر، مرکز تحقیقات آب و خاک، مراکز تحقیقات کشاورزی و ...)
3 پژوهشکده‌های کشاورزی
4 شرکت‌های کشت و صنعت و کشاورزان
5 محققین و فارغ‌التحصیلان رشته‌های مختلف کشاورزی اعم از زراعت و باغبانی
ط- سؤالات تحقیق:
1 باکتریهای محرک رشد (PGPR) در تثبیت نیتروژن و افزایش عملکرد سویا چه تاثیری دارد؟
2 آیا با مصرف کودهای زیستی، کارآیی مصرف کود تحت تاثیر قرار می گیرد؟
3 اثر متقابل بین سطوح مختلف کود وسویه ی باکتری بر صفات مورد بررسی چه تاثیری دارد؟
4 بهترین نوع باکتری در بهبود عملکرد سویا کدام است ؟
ی- فرضیههای تحقیق:
1-
2-
ک- تعریف واژهها و اصطلاحات فنی و تخصصی (به صورت مفهومی و عملیاتی):
PGPR=Plant Growth Promoting Rhizobacteria
5-روش شناسی تحقیق:
الف- شرح کامل روش تحقیق بر حسب هدف، نوع داده ها و نحوه اجراء (شامل مواد، تجهیزات و استانداردهای مورد استفاده در قالب مراحل اجرایی تحقیق به تفکیک):
تذکر: درخصوص تفکیک مراحل اجرایی تحقیق و توضیح آن، از به کار بردن عناوین کلی نظیر، «گردآوری اطلاعات اولیه»، «تهیه نمونه‌های آزمون»، «انجام آزمایشها» و غیره خودداری شده و لازم است در هر مورد توضیحات کامل در رابطه با منابع و مراکز تهیه دادهها و ملزومات، نوع فعالیت، مواد، روشها، استانداردها، تجهیزات و مشخصات هر یک ارائه گردد.
این پژوهش در مزرعه ای در استان گلستان (25 کیلومتری گرگان) و در زمینی به مساحت 1200 متر مربع اجرا خواهد شد.آزمایش به صورت اسپلیت پلات در قالب طرح پایه بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار اجرا خواهد شد. باکتری های تثبیت کننده نیتروژن در پنج سطح شامل ( شاهد یا بدون تلقیح با باکتری ، تلقیح بذر با ( باکتری های سودوموناس41، سودوموناس186، ازتوباکتر، جاپانیکوم) و مقادیر کود نیتروژن در چهار سطح شامل ( شاهد یا بدون مصرف کود نیتروژنی، مصرف 25 ، 50، 75 کیلوگرم اوره در هکتار) خواهد بود.هر واحد آزمایشی شامل 5 ردیف با فاصله بین ردیفی 60 سانتی در نظر گرفته خواهد شد. تراکم 35 بوته در متر مربع در نظر گرفته خواهد شد. در هر کپه دو بذر کشت خواهد شد که در مرحله 4 برگی نسبت به تنک کردن مزرعه اقدام خواهد شد.
به منظور بررسی تاثیر تیمار های مورد بررسی بر سرعت پر شدن دانه سویا، تقریبا از 10-12 روز پس از گلدهی در فواصل زمانی هر 3 یا 4 روز یک بار از خطوط اصلی هر کرت سه بوته به تصادف و با رعایت اثر حاشیه ای انتخاب و دانه ها از نیام جدا خواهند شد. متعاقباً تعداد 100 بذر از کل دانههای جدا شده از سه بوته به طور تصادفی انتخاب و شمارش خواهد شد. سپس وزن خشک تک بذر از محاسبه وزن خشک کل به تعداد بذر براورد خواهد شد . به منظور تجزیه و تحلیل و تفسیر پارامتر های مربوط به پر شدن دانه از یک مدل رگرسیون خطی (دو تکه ای ) به صورت زیر استفاده خواهد شد.
که در آن GW وزن دانه، t زمان، b سرعت پر شدن دانه، t0 پایان دوره پر شدن دانه و a عرض از مبدا است. این مدل تغییرات وزن دانه نسبت به زمان را به دو مرحله تفکیک می کند: مرحله اول که در حقیقت مرحله خطی پر شدن دانه است، وزن دانه تا رسیدن به حداکثر مقادیر خود در زمان t0 که در حقیقت زمان رسیدگی وزنی است، به صورت خطی افزایش پیدا می کند. شیب خط رگرسیون در این مرحله (t ‹ t0 ) سرعت پر شدن دانه را نشان می دهد . با برازش این مدل بر کلیه داده ها ابتدا دو پارامتر مهم پر شدن دانه یعنی سرعت پر شدن دانه (b ) و زمان رسیدگی وزنی ((t0 بدست آمده و سپس مقدار عددی t0 در قسمت دوم رابطه فوق قرار داده شد و GW که وزن دانه است براورد خواهد شد. برای تعیین دوره موثر پر شدن دانه از رابطه پیشنهادی الیس وپاتیافیلهو (1992) به شرح زیر استفاده خواهد شد:
EFP=MGW / GFR
در این رابطهEFP دوره موثر پر شدن دانه، MGW حداکثر وزن دانه و GFR سرعت پر شدن دانه است.
اجزای عملکرد با برداشت 8 بوته از خطوط اصلی هر کرت و از بین بوته های رقابت کننده برآورد خواهد شد. عملکرد دانه نیز از سطحی معادل یک متر مربع و از خطوط اصلی هر کرت و با رعایت اثر حاشیهای برآورد خواهد شد.
ب- متغیرهای مورد بررسی در قالب یک مدل مفهومی و شرح چگونگی بررسی و اندازه گیری متغیرها:
صفات مورد بررسی شامل اجزای عملکرد دانه و صفات مرتبط با آن شامل ارتفاع بوته، دانه در نیام، وزن صددانه، عملکرد دانه، وزن دانه تک بوته، تعدادنیام پر و پوک خواهد بود. درصد پروتئین و روغن نیز در صورت امکان برآورد خواهد شد.
ج – شرح کامل روش (میدانی، کتابخانهای) و ابزار (مشاهده و آزمون، پرسشنامه، مصاحبه، فیشبرداری و غیره) گردآوری دادهها :
روش کتابخانه ای به صورت جستجو در اینترنت و منابع موجود در کتابخانه و دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات اردبیل میباشد. بخش آزمایشگاهی آن در آزمایشگاه دانشگاه منابع طبیعی گرگان و دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم وتحقیقات اردبیل خواهد بود.
پایان نامه مربوط به این پروپوزال در سایت وجود ندارد