دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 Effect of Medaxtop on Grain Yield, Seed Quality and Physiological Characteristics of Two Open-pollinated Forage Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) Cultivars تأثیر مداکس‌تاپ بر عملکرد دانه، کیفیت بذر و ویژگی‌های فیزیولوژیک دو رقم سورگوم علوفه‌ای (Sorghum bicolor (L.) Moench) آزادگرده‌افشان 249 261 47337 10.22067/jcesc.2025.94419.1415 FA حسن علیشاهی گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0009-0008-5682-8647 مجید آقاعلیخانی گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0002-8981-5892 فرید گلزردی مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران 0000-0001-5593-6955 فواد مرادی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران 0000-0003-1316-5456 Journal Article 2025 07 14 <strong>Introduction </strong><br />Forage sorghum (<em>Sorghum bicolor</em> (L.) Moench), a drought-tolerant C₄ crop, is increasingly vital for sustainable livestock feed production in arid and semi-arid regions like Iran, where climate change and water scarcity threaten agricultural productivity. Despite its resilience, the limited availability of high-quality seeds hampers its widespread adoption. Plant growth regulators (PGRs), such as Medax Top (containing mepiquat chloride and prohexadione calcium), offer a promising approach to enhance grain yield and seed quality by modulating plant growth and assimilate allocation. This study aimed to evaluate the effects of Medax Top foliar application on grain yield, seed quality, and physiological traits of two open-pollinated forage sorghum cultivars under water-limited conditions, providing insights into optimizing seed production for sustainable agriculture.<br /><strong>Materials and Methods </strong><br />A two-year field experiment (2023-2024) was conducted at the Seed and Plant Improvement Institute, Karaj, Iran, using a factorial split-plot of treatment arrangement in complete randomized block design with three replications. Main plots comprised factorial combination of Medax Top doses (0, 0.5, 1, and 2 L ha^-1) and application timings (3-4 and 6-8 leaf stages), while subplots included two sorghum cultivars (Mansour and Behesht). The trial was established in a semi-arid climate (265 mm annual rainfall, 14°C mean temperature) with drip irrigation. Measured traits included leaf SPAD-value, leaf area index (LAI), grain yield, seed germination percentage, grain starch, total carbohydrates, soluble sugars, and forage yield. Data were analyzed using SAS 9.1, with means compared via LSD’s test (P ≤ 0.05) after confirming variance homogeneity across years. <br /><strong>Results and Discussion </strong><br />Medax Top application significantly influenced physiological and agronomic traits. As the application rate of Medax Top increased, leaf SPAD -value, grain yield, grain starch content, carbohydrates, soluble sugars and seed germination percentage significantly increased. However, these positive changes were accompanied by a reduction in LAI and forage yield. Foliar application at the 3-4 leaf stage, compared to the 6-8 leaf stage, significantly increased starch content and grain yield while decreasing forage yield. Application at the 3-4 leaf stage yielded higher grain production (2976 kg ha^-1) than the 6-8 leaf stage (2723 kg ha^-1), likely due to reduced competition between vegetative and reproductive sinks in early development duration. The 2 L ha^-1 of Medax Top maximized grain yield and germination percentage, alongside enhancing SPAD-value and carbohydrate content, reflecting improved photosynthetic efficiency and assimilate storage. However, forage yield decreased by 34% at this dose, indicating a shift in resource allocation from vegetative to reproductive growth. The Mansour cultivar demonstrated significant superiority over the Behesht in terms of starch content, carbohydrates, soluble sugars, and forage yield, showcasing superior genetic potential. The maximum grain soluble sugar content (6.88%) was observed in the Mansour cultivar with a ModaxTop application rate of 2 L ha^-1 in the first year, while the highest grain yield (4542 kg ha^-1) was achieved in the same cultivar with a dose of 1 L ha^-1 in the second year. Lower doses (0.5-1 L ha^-1) better supported forage production, balancing vegetative biomass retention.<br /><strong>Conclusion </strong><br />This study demonstrated that foliar application of Medax Top effectively improved grain yield and seed quality in open-pollinated forage sorghum cultivars. A rate of 2 L ha⁻¹ applied at the 3–4 leaf stage was identified as the optimum treatment for seed production, particularly in the 'Mansour' cultivar. In forage production systems, however, lower application rates are recommended to minimize reductions in biomass. Overall, a foliar application of Medax Top at 2 L ha⁻¹ is recommended to maximize seed yield and quality, whereas an application rate of 1 L ha⁻¹ is more suitable for combined seed and forage production. These findings highlight the potential of plant growth regulators to optimize sorghum production according to specific production objectives, seed, forage, or both, in water-limited environments, thereby enhancing agricultural resilience and food security.<br /><strong>Acknowledgement </strong><br />The authors express gratitude to the Seed and Plant Improvement Institute, the Agricultural Research, Education, and Extension Organization (AREEO) for providing laboratory facilities and technical support in this research [Project number 03-03-0305-024-010312]. Also, thanks to the support of the Vice Chancellor for Research and Technology of Tarbiat Modares University. تأثیر تنظیم‌کننده رشد مداکس‌تاپ بر عملکرد دانه، کیفیت بذر، عملکرد علوفه و شاخص‌های فیزیولوژیک دو رقم آزادگرده‌افشان سورگوم علوفه‌ای (<em>Sorghum bicolor</em> (L.) Moench) طی آزمایشی به‌صورت فاکتوریل اسپلیت‌پلات در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار طی سال‌های 1402 و 1403 در کرج بررسی شد. عامل‌های آزمایش شامل دُز (صفر، نیم، یک و دو لیتر در هکتار) و زمان محلول‌پاشی مداکس‌تاپ (مراحل 4-3 و 8-6 برگی) در کرت‌های اصلی و ارقام منصور و بهشت در کرت‌های فرعی بودند. با افزایش دُز مصرف مداکس‌تاپ، شاخص سبزینگی برگ، محتوای نشاسته، کربوهیدرات‌ها، قندهای محلول، عملکرد دانه و درصد جوانه‌زنی بذر به‌طور معنی‌داری افزایش پیدا کرد، امّا این تغییرات با کاهش شاخص سطح برگ و عملکرد علوفه همراه بود. محلول‌پاشی در مرحله 3-4 برگی نسبت به مرحله 8-6 برگی، محتوای نشاسته و عملکرد دانه را به‌طور معنی‌داری افزایش و عملکرد علوفه را کاهش داد. دُز دو لیتر در هکتار مداکس‌تاپ، در مرحله 4-3 برگی بالاترین عملکرد دانه را به همراه داشت. رقم منصور از نظر صفات کیفی و عملکرد علوفه برتری معنی‌داری نسبت به رقم بهشت داشت. افزایش محتوای قندهای محلول دانه رقم منصور با کاربرد دو لیتر در هکتار مداکس‌تاپ در سال اول نسبت به شاهد 23.2 درصد و بیشترین عملکرد دانه (4542 کیلوگرم در هکتار) با دُز یک لیتر در هکتار در سال دوم (با افزایش 68.1 درصد نسبت به شاهد) به ‌دست آمد. در مجموع، محلول‌پاشی مداکس‌تاپ با دُز دو لیتر در هکتار برای تولید بذر با کمیت و کیفیت مناسب و دُز یک لیتر در هکتار برای تولید هم‌زمان دانه و علوفه قابل ‌توصیه است. https://jcesc.um.ac.ir/article_47337_684bb4493b863b4db3edb894c4fcecf8.pdf