دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 Induction of Salinity Tolerance in Maize (Zea mays) Using the Endophytic Fungus Penicillium chrysogenum Isolated from Bassia scoparia القای تحمل به شوری در گیاه ذرت (Zea mays) در حضور قارچ اندوفیت Penicillium chrysogenum جدا‌‌شده از بذر کوشیا ((L.) Bassia scoparia) 149 162 47335 10.22067/jcesc.2025.93475.1401 FA فرناز ابراهیمی فر گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران فرج اله شهریاری احمدی گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران محمدکریم هراتی گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران علیرضا سیفی گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران 0000-0002-5807-0568 Journal Article 2025 05 13 Introduction Soil salinity is a major abiotic stress limiting agricultural productivity worldwide, threatening food security particularly in arid and semi-arid regions where irrigation practices and poor drainage exacerbate salt accumulation in the root zone. It is estimated that over 800 million hectares of land are affected by salinity, a figure that continues to rise due to climate change and unsustainable farming practices. High salt concentrations in the soil disrupt plant water uptake, induce ionic toxicity, and cause oxidative damage, ultimately reducing crop yields. Breeding crops for increased tolerance to abiotic stresses is very difficult due to the complexity of inheritance of traits related to tolerance to these stresses, which often involve multiple genes with minor effects and strong interactions with environmental conditions. Consequently, conventional breeding programs have made limited progress in developing salt-tolerant crop varieties. In recent years, non-breeding or non-transgenic approaches such as the use of symbiotic microorganisms in plants have been considered, which has led to increased tolerance to abiotic stresses and achieved promising results. These beneficial microbes can alleviate stress effects through various mechanisms, including phytohormone production, nutrient solubilization, and induction of host defense responses. Plants have distinct microbial communities in their different organs, including roots, stems, leaves, and seeds, collectively referred to as the plant microbiome. There is a lot of evidence about the role of the microbiome in growth, development, response to biotic and abiotic stresses, and increased adaptation to the environment. In particular, endophytic microorganisms, those that reside within plant tissues, have gained attention as natural partners that can enhance host resilience. Halophytes, plants naturally adapted to high-salinity environments, harbor unique microbial communities that have co-evolved with their hosts under extreme conditions. These halophyte-associated microbes have shown remarkable ability to confer stress tolerance to conventional crops, but the mechanisms remain poorly understood, limiting their practical application. This study investigated the potential of Penicillium chrysogenum, an endophytic fungus isolated from seeds of the halophyte Bassia scoparia, to improve salinity tolerance in maize (Zea mays L.), a globally important cereal crop sensitive to salt stress. Our research aimed to (1) characterize the salt tolerance of P. chrysogenum under in vitro conditions, (2) evaluate its effects on maize growth under salt stress, and (3) analyze physiological responses in inoculated plants, including ion content and photosynthetic performance. Materials and Methods The fungal strain was isolated from surface-sterilized B. scoparia seeds collected from saline regions in Iran. Surface sterilization was performed using ethanol and sodium hypochlorite to ensure that only endophytic microorganisms were recovered. Molecular identification was performed using ITS sequencing of the ribosomal DNA region, and the sequence was compared against public databases to confirm taxonomic affiliation. The salinity tolerance of the fungus was evaluated on potato dextrose agar (PDA) medium containing NaCl concentrations ranging from 0 to 4 M, with radial growth measured daily. Maize seeds (cv. Hido) were surface-sterilized and inoculated with a fungal spore suspension (10⁶ spores/mL) or sterile water for controls. Seeds were grown under controlled conditions with three salinity levels (0, 30, and 60 mM NaCl) in a growth chamber. Subsequently, greenhouse tests were conducted under two treatments of 150 mM NaCl and normal irrigation to evaluate performance under more realistic stress levels. Drought tests were also conducted on plants in the greenhouse by withholding irrigation for defined periods. Growth parameters including germination rate, root length, shoot length, and fresh and dry biomass were recorded. Ion content (Na⁺, K⁺) was determined using flame photometry, and photosynthetic parameters such as chlorophyll content and net photosynthetic rate were measured using a portable photosynthesis system. Experiments included laboratory, growth chamber, and greenhouse trials with five replicates per treatment arranged in a completely randomized design. Data were analyzed using analysis of variance (ANOVA) followed by Tukey's honestly significant difference test (p < 0.05) for mean comparisons. Results and Discussion In this study, an endophytic fungus, identified by ITS sequencing as Penicillium chrysogenum, was isolated from the seed microbiome of the halophyte B. scoparia. This fungus exhibited optimal growth at 1 M NaCl, with substantial mycelial development even at 2 M, indicating strong halotolerance superior to many soil saprophytes. Although it did not significantly affect seed germination percentage or rate, fungal inoculation improved early seedling growth traits and biomass under both saline and normal conditions, suggesting that the primary benefits occur after emergence. Greenhouse experiments confirmed its positive effects on shoot and root development under salt stress, while no beneficial effects were observed under drought conditions, indicating a stress-specific mechanism rather than a general growth promotion effect. Interestingly, photosynthetic performance and Na⁺/K⁺ ratios remained unchanged in inoculated plants compared to non-inoculated controls, suggesting that the fungus may enhance salt tolerance through mechanisms such as salt detoxification via osmotic adjustment, enhancement of antioxidant enzyme activity, or production of fungal metabolites that protect cellular structures, rather than altering ion uptake or transport. Given the fungus’s native origin from a halophyte host and its potential role in stress adaptation, P. chrysogenum represents a promising candidate for developing biological solutions to improve crop resilience in saline environments. Further field trials and molecular studies are recommended to optimize its application, including dose-response experiments and transcriptomic analysis of host plant responses. Conclusion This study demonstrated that Penicillium chrysogenum, an endophytic fungus isolated from the halophyte Bassia scoparia, can promote maize growth under salt stress. Despite no significant effect on germination rate, fungal inoculation improved seedling establishment and biomass production in both normal and saline conditions. The fungus showed strong halotolerance and may enhance salt stress resilience through mechanisms unrelated to ion uptake or photosynthetic changes, potentially involving detoxification pathways or antioxidant activity. Given its native origin and efficacy under saline conditions, P. chrysogenum holds potential as a bio-inoculant for improving crop performance in salt-affected soils. Further field trials and molecular studies are recommended to better understand and harness its functional mechanisms for agricultural application. این مطالعه با هدف بررسی تأثیر قارچ اندوفیت Penicillium chrysogenum، جدا‌شده از بذر گیاه مقاوم به شوری کوشیا (Bassia scoparia)، بر بهبود به تحمل شوری در ذرت (Zea mays) انجام شد. پس از شناسایی مولکولی قارچ، تحمل آن به شوری در محیط‌ کشت دارای NaCl (صفر تا چهار مولار) ارزیابی شد. بیشترین رشد قارچ در غلظت یک مولار NaCl مشاهده گردید. بذور ذرت با اسپورهای قارچ تلقیح و در شرایط بدون شوری و شرایط تنش شوری (۱۵۰ میلی‌مولار NaCl) در آزمایشگاه، اتاقک رشد و گلخانه کشت شدند. نتایج نشان داد که تلقیح قارچ موجب افزایش معنی‌دار طول ریشه و وزن تر و خشک گیاه شد. در گلخانه، وزن تر اندام هوایی و ریشه در گیاهان تلقیح‌شده به‌ترتیب ۲۲۳ و ۱۳۸ درصد افزایش یافت. امّا تحت تنش خشکی، قارچ اثر منفی بر رشد ذرت داشت. هیچ تفاوت معنی‌داری در غلظت سدیم، پتاسیم و پارامترهای فتوسنتزی بین گیاهان تلقیح‌شده و شاهد مشاهده نشد. به‌ نظر می‌رسد که سازوکار اثر قارچ شامل تنظیم غیرمستقیم فیزیولوژیکی مانند بهبود جذب عناصر غذایی، تولید ترکیبات محرک رشد یا تنظیم بیان ژن‌های مرتبط با تحمل تنش است. این تحقیق، استفاده از اندوفیت‌های بومی مانند P. chrysogenum را به‌عنوان راهکاری زیستی برای بهبود عملکرد گیاهان در خاک‌های شور پیشنهاد می‌کند.

https://jcesc.um.ac.ir/article_47335_69c1b055b72973acb3d4e3b75b33deb8.pdf

دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 The Effect of Tillage Systems on Nutrient Concentrations, Root Traits and Forage Yield and in Forage Legumes اثر نظام‌های خاک‌ورزی بر غلظت عناصر غذایی، صفات ریشه و عملکرد علوفه در بقولات علوفه‌ای 163 181 47141 10.22067/jcesc.2025.94086.1408 FA نیلوفر براتی گروه علوم باغبانی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران مسعود رفیعی بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی لرستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، خرم‌آباد، ایران 0000-0003-0101-7659 مرجان دیانت گروه علوم باغبانی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران محمدرضا اردکانی گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران 0000-0003-3466-4756 وریا ویسانی گروه علوم باغبانی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران Journal Article 2025 06 16 Introduction In recent years, application of conservation tillage methods has been widely considered in the world, and the use of conventional tillage methods has become outdated in some parts of the world. Conservation tillage systems are usually implemented in arid and semi-arid regions. In semi-arid regions, the key to increasing crop production is to maximize surface water infiltration. In addition, legumes are the main source of protein in developing countries, with about twice the protein content of cereals, and are a source of Inexpensive, good-quality protein and a suitable complement to cereal protein. These plants are very important in low-input farming systems and have a special place in the rotation of some agricultural systems in the world, especially in dry regions, and play a significant role in food production in these countries. Therefore, a field experiment was conducted to evaluate the effects of different tillage systems on nutrient concentrations, root traits, and forage yield of forage legumes at the research farm of the Lorestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, located 8 km southwest of Khorramabad, Iran, during the 2022–2023 and 2023–2024 growing seasons. Materials and Methods This experiment was conducted as a split plot based on a randomized complete block design with three replications. Tillage methods (conventional, low-tillage, and no-tillage) were considered as the main factor, and forage legumes (Broujerd landrace faba bean, Lamei cultivar vetch, Grass pea, Barakat and Feyz cultivar faba bean) were considered as secondary factors. The water required by the plants was supplied by normal rainfall during the growing season, and no irrigation was performed. Disking, minimum tillage included a chisel plow or a combined toothed roller cultivator, and no-tillage involved no tillage operations. Results and Discussion The results of the analysis of variance showed that the main effect of tillage system and forage legumes on all measured traits and the interaction effect of tillage × forage legumes on forage yield, root length, root volume, and the concentration of copper, zinc, and phosphorus elements in aerial parts were significant. Based on the results of the tillage system × forage legume planting showed that the highest forage dry weight (2820.9 kg ha-1) and copper concentration (50.17 ppm) were observed in the conventional tillage system and Lamei variety vetch. The highest forage fresh yield (10671.54 and 10581.19 kg ha-1), root length (33.89 and 33.39 cm) and phosphorus concentration (0.85 and 0.84%) were observed in the conventional and low-tillage systems and Lamei variety vetch. Also low-tillage system and Lamei variety vetch had the highest zinc concentration (50.69 ppm) and root volume (11.74 cm3). The conventional tillage system increased root diameter by 32%, fresh forage weight by 26%, dry weight by 21%, potassium by 27%, iron by 6%, and manganese by 8% and soil respiration by 22% compared to the no-till system. Also, the results of comparing the average effect of planting different forage legumes on measured traits showed that the highest yield, root traits, and nutrient elements were observed in the Lamei variety vetch. Conclusion Overall, the results highlight the importance of selecting appropriate tillage systems and forage legume species to optimize forage yield and quality. Among the evaluated species, vetch exhibited superior performance under the environmental conditions of this study. Furthermore, conventional and minimum tillage significantly influenced forage yield, root characteristics, and nutrient concentrations by altering the soil's physical, chemical, and biological properties in the Khorramabad region. Acknowledgement Hereby, we would like to express our gratitude to the respected professors and laboratory staff of the Khorramabad Research Center for their guidance and assistance during the project. در سال‌های اخیر، خاک‌ورزی حفاظتی به‌دلیل توانایی در افزایش نفوذ آب در مناطق خشک و نیمه‌خشک، جایگزین روش‌های مرسوم شده است. این روش‌ها به حداکثر رساندن تولید محصول کمک می‌کنند. همچنین حبوبات به‌عنوان یک منبع غنی و ارزان پروتئین، نقش حیاتی در تغذیه کشورهای در حال توسعه دارند. این گیاهان با ارزش، به‌ویژه در سیستم‌های کشاورزی کم‌نهاده و در تناوب زراعی مناطق خشک، از اهمیت بالایی برخوردارند و به امنیت غذایی این مناطق کمک می‌کنند. بنابراین به‌منظور ارزیابی اثر نظام‌های خاک‌ورزی بر غلظت عناصر غذایی، صفات ریشه و عملکرد علوفه در بقولات علوفه‌ای، آزمایشی به‌طورت اسپلیت‌پلات با قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار در شهر خرم‌آباد، طی دو سال زراعی 1402-1401 و 1403-1402 در آبان ماه اجرا شد. آب مورد نیاز گیاهان از بارندگی نرمال در طول فصل رشد تأمین شد و هیچ‌گونه آبیاری صورت نگرفت. عامل اصلی خاک‌ورزی (مرسوم، کم‌خاک‌ورزی و بدون خاک‌ورزی) و عامل فرعی بقولات علوفه‌ای (باقلا (Vicia faba L.) توده بروجرد، ماشک (Vicia sativa L.) رقم لامعی، خلر (Lathyrus sativus L.)، باقلا رقم برکت و فیض)) بود. خاک‌ورزی مرسوم شامل شخم با گاوآهن برگردان‌دار و سپس دیسک، کم‌خاک‌ورزی شامل چیزل‌پکر یا خاک‌ورز مرکب غلطک لوله‌ای دندانه‌‌دار و بی‌خاک‌ورزی فاقد هرگونه عملیات خاک‌ورزی بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر اصلی سیستم خاک‌ورزی و بقولات علوفه‌ای بر همه‌ صفات اندازه‌گیری‌شده و اثر متقابل خاک‌ورزی × بقولات علوفه‌ای بر عملکرد علوفه، طول ریشه، حجم ریشه، غلظت عناصر مس، روی و فسفر در اندام‌های هوایی معنی‌دار بودند. براساس نتایج اثر متقابل خاک‌ورزی × بقولات علوفه‌ای، بیشترین میزان وزن خشک علوفه (2820.9 کیلوگرم در هکتار) و عنصر مس (50.17 پی‌پی‌ام) در خاک‌ورزی مرسوم و گیاه ماشک مشاهده شد. بیشترین عملکرد تر علوفه (10671.54 و 10581.19 کیلوگرم در هکتار)، طول ریشه (33.89 و 33.39 سانتی‌متر) و غلظت عنصر فسفر (0.85 و 0.84 درصد) از خاک‌ورزی مرسوم و کم‌خاک‌ورزی و گیاه ماشک به دست آمد. همچنین کم‌خاک‌ورزی و کشت گیاه ماشک از بیشترین غلظت عنصر روی (50.69 پی‌پی‌ام) و حجم ریشه (11.74 سانتی‌متر مکعب) برخوردار بودند. خاک‌ورزی مرسوم نسبت به بدون خاک‌ورزی، 32 درصد قطر ریشه، 26 درصد وزن تر علوفه، 21 درصد وزن خشک، 27 درصد پتاسیم، شش درصد آهن، هشت درصد منگنز و 22 درصد تنفس خاک را افزایش داد. به‌طورکلی، این تحقیق بر اهمیت انتخاب سیستم خاک‌ورزی مناسب و نوع بذر در راستای بهینه‌سازی تولید علوفه و بهبود کیفیت آن تأکید دارد و نشان می‌دهد که ماشک در شرایط این آزمایش، عملکرد خوبی داشته است. همچنین روش‌های خاک‌ورزی مرسوم و کم‌خاک‌ورزی به‌دلیل تغییراتی که در شرایط فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک ایجاد می‌کنند، تأثیر قابل توجهی بر عملکرد، صفات ریشه و غلظت عناصر غذایی در منطقه خرم‌آباد دارند.

https://jcesc.um.ac.ir/article_47141_1b7f4b2c845aac58d112f6e7ca78e8f7.pdf

دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 Investigation of the Protective Effects of Sodium Hydrosulfide and Sodium Nitroprusside on the Toxicity of Silver Nanoparticles in Soybeans (Glycine max L.) بررسی اثرات حفاظتی سدیم هیدروسولفید و سدیم نیتروپروساید بر سمیت نانوذرات نقره، در سویا (Glycine max L.) 183 203 47608 10.22067/jcesc.2025.94122.1409 FA سعید معیری گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران 0009-0006-4439-7195 مهدی برادران فیروزآبادی گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران 0000-0003-1703-8374 مهدیه پارسائیان گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران احمد غلامی گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران 0000-0001-6246-0457 حسن مکاریان گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران 0000-0003-0206-0907 Journal Article 2025 06 22 Introduction Nanotechnology is actually one of the new technologies that has recently entered the agricultural field. Nanoparticles are atomic or molecular assemblies with minimum dimensions between 1-100 nanometers. One of the first effects of reducing the size of particles to below 100 nanometers and converting them into nanoparticles is an increase in surface area to volume, which causes more atoms to be placed on the surface compared to the volume, and subsequently changes the physical and chemical properties of the particles. In the meantime Nanosilver is known as a stress factor in plants due to its unique properties such as small size and high specific surface area, which can cause plant damage by inducing oxidative stress. Increasing of resistance to abiotic stresses in some plants is done through external application of various organic compounds. In this study, the role of sodium hydrosulfide (NaHS) and sodium nitroprusside (SNP) in reducing the negative effects of nanosilver on the physiology, growth and yield of soybean cultivar Williams was investigated. Materials and Methods The experiment was conducted at the research farm of the Faculty of Agriculture, Shahrood University of Technology. The evaluated traits included shoot dry matter, forage yield, chlorophyll a and b contents, relative water content, plasma membrane stability, flavonoid content, anthocyanin content, and leaf soluble sugar concentration. The experiment was carried out as a factorial experiment in a randomized complete block design with three replications with three levels of nanosilver (0, 1.5 and 3 g L-1), three levels of NaHS (0, 0.5 and 1 mM) and two levels of SNP (0 and 120 μM) in 1402. After testing, the obtained data was analyzed by SAS statistical software (version 9.1). The comparison of means was done based on minimum mean difference test (LSD) at 5 % probability level. The shape of the mold was studied using excel software. Results and Discussion The results showed that nanosilver reduced yield, relative leaf water content, and pigment concentration, while the combined use of NaHS and SNP reduced stress-induced damage by increasing the levels of protectants such as flavonoid, anthocyanin, and soluble sugars. In the treatment containing 3 g L-1 of silver nanoparticles, 0.5 mM sodium hydrosulfide, and no sodium nitroprusside, the chlorophyll a content of 0.78 mg g-1 fresh leaf weight showed the lowest value among all treatments. The highest soluble sugar content was recorded in plants treated with 1.5 g L-1 silver nanoparticles. The amount of flavonoid in plants sprayed with 1.5 g L-1 nanosilver was significantly increased as the amount of this trait in the application of 0.5 mM and non - consuming sodium hydrosulfide increased 0.0771 and 0.0769 g.g-1 fresh weight of leaves and increased 48 percent. he highest anthocyanin content was observed in the control treatment (0 g L⁻¹ nanosilver) and in the 1.5 g L⁻¹ nanosilver treatment in the absence of sodium hydrosulfide. All other treatment combinations significantly reduced anthocyanin content compared with the control. Nanosilver application reduced plasma membrane stability. The plasma membrane stability of the control plants was 71.55%, which decreased to 68.9% following application of 1.5 g L⁻¹ nanosilver; however, this reduction was not statistically significant. Increasing the nanosilver concentration to 3 g L⁻¹ resulted in a significant decline in plasma membrane stability, with a mean value of 61.6%. The shoot dry matter content in the control plants was 109.6 g m-2. in the effect of spraying of plants with 1.5 g L-1 nanosilver and non - consumption of sodium nitroprusside and sodium hydrosulfide to 99.5 g.m-2 and by infecting plants with 3 g L-1 nanosilver with a significant drop of 51.7 g m-2. The highest grain yield (420.3 g m-2) was obtained in the treatment without nanosilver and with the use of 1 mM NaHS, which showed a 36% increase compared to the control (270 g m-2). Conclusion Overall, the application of NaHS and SNP under nanosilver stress conditions left effective protective effects and can be suggested as an efficient approach for managing stresses caused by heavy metals in plants. غلظت‌های زیاد نانوذرات نقره به‌دلیل ویژگی‌های منحصر‌به‌‌فرد مانند اندازه کوچک و سطح ویژه بالا، به‌عنوان یک عامل تنش‌زا در گیاهان شناخته می‌شوند که می‌توانند از طریق القای تنش اکسیداتیو موجب آسیب به گیاه شوند. در این پژوهش، نقش بهبوددهنده سدیم هیدروسولفید (NaHS) و سدیم نیتروپروساید (SNP) کاهش اثرات منفی نانوذرات نقره بر فیزیولوژی، رشد و عملکرد سویا (Glycine max L.) رقم ویلیامز بررسی شد. این آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار با سه سطح محلول‌پاشی نانوذرات نقره (0، 1.5 و 3 گرم در لیتر)، سه سطح محلول‌پاشی سدیم هیدروسولفید (0، 0.5 و 1 میلیمولار) و دو سطح محلول‌پاشی سدیم نیتروپروساید (0 و 120 میکرومولار) در سال 1402 اجرا گردید. نتایج نشان داد که نانوذرات نقره موجب کاهش عملکرد، محتوای نسبی آب برگ و غلظت رنگدانه‌ها شد، درحالی‌که استفاده ترکیبی از سدیم هیدروسولفید و سدیم نیتروپروساید با افزایش سطح محافظت‌کننده‌هایی نظیر فلاونوئیدها، آنتوسیانین و قندهای محلول، آسیب‌های ناشی از تنش را کاهش داد. در تیمار حاوی سه گرم در لیتر نانوذرات نقره، 0.5 میلی‌مولار سدیم هیدروسولفید و عدم مصرف سدیم نیتروپروساید، میزان کلروفیل a با مقدار 0.78 میلی‌گرم بر گرم وزن تر برگ کمترین مقدار را در بین تمامی تیمارها نشان داد. بیشترین عملکرد دانه (420.3 گرم در مترمربع) در تیمار بدون نانوذرات نقره و با مصرف یک میلی‌مولار سدیم هیدروسولفید به‌ دست آمد که نسبت به شاهد (270 گرم در مترمربع) افزایش 36 درصدی نشان داد. در مجموع، کاربرد سدیم هیدروسولفید و سدیم نیتروپروساید در شرایط تنش نانوذرات نقره، اثرات حفاظتی مؤثری برجای گذاشت و می‌تواند به‌عنوان رویکردی کارآمد برای مدیریت تنش‌های ناشی از فلزات سنگین در گیاهان پیشنهاد شود.

https://jcesc.um.ac.ir/article_47608_13e388b2c8eb8ce5efd1ac19ecc78513.pdf

دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 Calibration, Evaluation, and Validation of the Most Appropriate Machine Learning Algorithms for Predicting Corn (Zea mays L.) Seed Yield under Biofertilizer Applications: An Interdisciplinary Approach واسنجی، ارزیابی و تعیین اعتبار مناسب‌ترین الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای پیش‌بینی عملکرد دانه ذرت (Zea mays L.) تحت شرایط کاربرد کودهای زیستی: رهیافتی بین‌رشته‌ای 205 231 47363 10.22067/jcesc.2025.94148.1410 FA محسن جهان گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران 0000-0003-2259-5124 Journal Article 2025 06 24 Introduction The escalating degradation of water and soil resources, coupled with global warming, population growth, and climate change, necessitates a reevaluation of food production systems. Corn (Zea mays L.), as the third most strategic crop worldwide, faces increasing demand due to rising food needs. Optimizing seed yield under varying environmental conditions is critical, with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) playing pivotal roles by enhancing nutrient uptake (e.g., phosphorus and nitrogen) and improving plant resilience to stresses and pathogens. However, the complex eco-physiological interactions influencing seed yield remain poorly understood, underscoring the need for advanced modeling tools. Traditional regression models often fail to capture non-linear and interactive relationships among factors such as photosynthesis rates, nutrient levels, and plant anatomical traits. Consequently, machine learning models like Deep Neural Networks (DNN) and Transformers have emerged as powerful alternatives for precision agriculture. This study aims to identify key features affecting corn seed yield using stepwise regression and compare eight machine learning algorithms, Enhanced DNN, Transformer, XGBoost, SVM, ANN, ANFIS, LightGBM, and SVR, to determine the most accurate model for predicting yield and unveiling hidden eco-physiological relationships. Materials and Methods The experiments were conducted over two consecutive years at the research farm of Ferdowsi University of Mashhad, Iran (latitude 36°15'N, longitude 59°28'E, altitude 985 m), located in the Kashafroud River basin. The region features a semi-arid climate with an average annual rainfall of 252 mm and a mean temperature of 15°C, with loamy soil of moderate organic carbon content. The dataset comprised 96 samples and 73 features, collected over two growing seasons, including plant traits (e.g., leaf chlorophyll content via SPAD index, nitrogen concentration) and soil characteristics. Of these, 32 were primary features (e.g., photosynthesis rate, leaf area index, canopy temperature), and 41 were engineered interaction features (e.g., Pmax, Mean_Leaf Area Index, Canopy Temp, 1_Root Colonization), designed based on domain knowledge of agro-ecophysiology, soil ecology, AMF, and PGPR. Data were randomly split (random_state = 42) into 70% training (67 samples), 15% validation (14 samples), and 15% test (15 samples) sets, with standardization applied using StandardScaler. Feature selection employed stepwise backward regression, reducing 73 features to 13 key variables (e.g., Canopy Temp_3, % P plant) based on adjusted R², multicollinearity, and variance inflation factor (VIF). Among the 15 machine learning algorithms evaluated, eight were configured with model-specific architectures, including an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) implemented using TensorFlow-based layers, a Transformer model with two attention heads, an Artificial Neural Network (ANN) with three hidden layers, and a Support Vector Regression (SVR) model with a radial basis function (RBF) kernel. Model performance was evaluated using the coefficient of determination (R²), root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and Willmott's index of agreement (d). In addition, the Shapiro–Wilk test was used to assess the normality of model residuals. Results and Discussion Stepwise regression yielded a model with an adjusted R² of 58.53% and a predictive R² of 51.06%, identifying 13 features (e.g., Canopy Temp_3, coefficient = 0.2451, p = 0.002). Machine learning results identified ANFIS (R² = 0.555), the Transformer model (R² = 0.545), and ANN (R² = 0.518) as the top-performing models, whereas SVM (R² = 0.325) exhibited the lowest performance. The Nemenyi diagram ranked ANN first (mean rank = 1.50, Willmott's d = 0.848), followed by the Transformer model, with a critical distance of 1.11 indicating significant differences (α = 0.05) between the highest- and lowest-ranked models. Taylor diagrams highlighted the superior performance of the Transformer model (RMSE = 2.834, R² = 0.545), with ANFIS and ANN performing similarly. SHAP plots revealed that interactions such as Leaf Area Index–Dry Matter Yield were among the most influential predictors, while SVR shared nine features with the regression model. Correlation analysis grouped the features into physiological (e.g., SPAD_Mean) and yield-related (e.g., Dry Matter Yield) categories, with strong positive correlations (e.g., SPAD_2 and cob diameter, r = 0.82) and strong negative correlations (e.g., Canopy Temp_Mean and Root Colonization, r = −0.82). Skewed distributions in KDE plots underscored the need for non-linear models. Force plots (e.g., LightGBM sample) showed features like Leaf Area Index_Dry Matter Yield (+280.047) driving predictions, while loss curves for Enhanced DNN indicated effective convergence. Conclusion The study suggests that neural network-based models excel in capturing complex eco-physiological interactions, with canopy temperature and root-nitrogen interactions as key predictors, offering insights for sustainable corn production despite data size limitations. پیش‌بینی عملکرد دانه، بخشی کلیدی در کشاورزی است که به کشاورزان و برنامه‌ریزان کمک می‌کند تا منابع را به‌طور کارآتر مدیریت کرده و بهره‌وری را بالا ببرند. این مطالعه به بررسی و مقایسه هشت الگوریتم یادگیری ماشین برای پیش‌بینی عملکرد دانه ذرت (Zea mays L.) با استفاده از 73 ویژگی گیاهی و خاکی، شامل 32 ویژگی اصلی و 41 ویژگی تعاملی مهندسی‌شده پرداخته است. آزمایش‌ها در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد طی دو سال انجام شد و داده‌ها با تقسیم تصادفی (70 درصد آموزش، 15 درصد اعتبارسنجی، 15 درصد تست) و استانداردسازی (StandardScaler) پردازش شدند. ابتدا، مدل رگرسیون گام‌به‌گام پس‌رونده 13 ویژگی کلیدی (مثلCanopy Temp_3، % P plant) را شناسایی کرد (R²(adj)=58.53%). سپس، الگوریتم‌هایANFIS، Transformer، ANN، SVR، LightGBM، XGBoost، Enhanced DNN و SVM از بین 15 الگوریتم رایج، غربال و ارزیابی شدند. معیارهایR²، RMSE، MAE وWillmott’s d نشان داد که ANFIS (R²=0.555)، Transformer (R²=0.545) و ANN (R²=0.518) بهترین عملکرد را داشتند، درحالی‌که SVM (R²=0.325) ضعیف‌ترین بود. نمودارهای SHAP و Decision Plot نشان داد که تعاملات مثل Leaf Area Index_Dry Matter Yield وCanopy Temp_4 در پیش‌بینی نقش کلیدی دارند. تحلیل همبستگی، دو خوشه اصلی (فیزیولوژیکی و عملکردی) را آشکار کرد، و توزیع‌های اُریب داده‌ها لزوم مدل‌های غیرخطی را تأیید کرد. نتایج نشان داد که مدل‌های شبکه عصبی (به‌ویژه با سازوکار‌های Attention وTensorFlow) روابط اکوفیزیولوژیکی پیچیده را بهتر مدل‌سازی می‌کنند. ویژگی‌هایی مثل دمای تاج‌پوشش و برهم‌کنش محتوای نیتروژن گیاه-درصد کلونیزاسیون ریشه به‌عنوان متغیرهای اصلی شناسایی شدند که نشان‌دهنده اهمیت تعاملات بین جذب عناصر غذایی و پاسخ‌های فیزیولوژیکی گیاه بودند. این مطالعه نشان داد که ترکیب ویژگی‌های تعاملی با الگوریتم‌‌های پیشرفته یادگیری ماشین می‌تواند از یک سو، دقت پیش‌بینی را بالا ببرد و به افزایش کارآیی سیستم‌‌های تولید گیاهان زراعی در راستای اهداف کشاورزی پایدارکمک کند و از سوی دیگر، زمینه‌‌های لازم برای مدیریت زراعی دقیق، شناسایی مسیرهای اکوفیزیولوژیکی مؤثر در شکل‌گیری عملکرد نهایی و سازگاری با تغییرات اقلیمی را فراهم آورد.

https://jcesc.um.ac.ir/article_47363_55e666f6c1d818430f1a5ddcca4ab724.pdf

دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 Evaluation of Yield and Agronomic Traits of Forage Sorghum (Sorghum bicolor L.) Cultivars and Advanced Lines under Salinity Stress in the Sistan Region ارزیابی عملکرد و خصوصیات زراعی ارقام و لاین‌های پیشرفته سورگوم علوفه‌ای (Sorghum bicolor L.) تحت تنش شوری در منطقه سیستان 233 247 47336 10.22067/jcesc.2025.94396.1413 FA احمد قاسمی بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی سیستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زابل، ایران 0000-0001-6808-6013 محمدرضا نارویی راد بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی سیستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زابل، ایران 0000-0001-6160-8915 محمود محمدقاسمی بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی سیستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زابل، ایران 0000-0002-0994-576X هادی سیاسر گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران 0000-0002-9323-4345 Journal Article 2025 07 13 Introduction Biotic and abiotic stresses are among the most significant factors reducing productivity in arid and semi-arid regions, where water is the primary limiting factor for plant growth. Sorghum possesses several advantageous physiological characteristics including drought and salinity tolerance, higher water-use efficiency compared to other forage crops, relatively high yield, desirable forage quality, and suitability for storage as both dry fodder and silage which make it particularly valuable in these environments. Strategies to utilize saline water effectively include selecting salt-tolerant cultivars, applying saline water during growth stages of lower sensitivity, and blending saline and non-saline water to reduce overall salinity. Although sorghum exhibits relative tolerance to soil and irrigation-water salinity, leaf-area expansion, carbon assimilation, stem elongation, and dry-matter accumulation are significantly constrained under high salinity. Materials and Methods This experiment was conducted over two growing seasons (2019–2020 and 2020–2021) at the Zahak Agricultural Research Station (Sistan, Iran), using a split-plot arrangement in a randomized complete block design with three replications. Main-plot treatments were three irrigation-water salinity levels: non-saline (2–3 dS m-1, control), moderate (4–6 dS m-1), and severe (6–8 dS m-1). Sub-plot treatments comprised six promising forage sorghum genotypes (Pegah, Mansour, Speedfeed, KFS15, KFS16, and KFS17). Based on soil test recommendations, ammonium phosphate (250 kg ha-1) and urea (100 kg ha-1) were applied at planting; an additional 100 kg ha-1 urea was top-dressed when plants reached 35–40 cm in height. Sowing occurred on 15 March each year. Each sub-plot consisted of six 5-meter-long rows with 50 cm spacing between rows and 6 cm spacing between plants. At the panicle emergence stage, after removing the two border rows and 0.5 m from both ends of each plot, samples were harvested from an area of approximately 8 m². Recorded traits included days to flowering, plant height, tiller number, stem diameter, leaf number, leaf area, fresh and dry forage yields. Results and Discussion The combined analysis of variance revealed that plant height, stem diameter, tiller number, leaf number, leaf area, protein content, fresh forage yield, and dry forage yield were significantly affected (p ≤ 0.01) by salinity, genotype, and their interaction. Under non-saline conditions (2–3 dS m-1), ‘Mansour’ produced the highest fresh forage yield (146.94 t ha-1), leaf area (261 cm2), and protein content (15.03%). The Speedfeed cultivar under normal irrigation ranked second with a protein content of 14.75%, following Mansour. The lowest protein content was observed in lines KFS17 and KFS16, with means of 11.70% and 11.85%, respectively, under high-salinity irrigation. Protein content declined in all genotypes with increasing salinity; ‘Mansour’ exhibited the greatest reduction (23.7%). Under severe salinity (6–8 dS m-1), ‘Pegah’ maintained superior plant height, stem diameter, tiller and leaf numbers, and achieved higher fresh forage yield (72.01 t ha-1) and dry forage yield (21.30 t ha-1) yields than the other entries. Fresh forage yields decreased significantly across all genotypes as salinity rose (p ≤ 0.01); the lowest fresh yield (38.96 t ha-1) was recorded in KFS15 under severe salinity. The highest dry forage yields under non-saline irrigation were obtained by ‘Mansour’ (38.71 t ha-1) and KFS17 (38.40 t ha-1), whereas the lowest dry forage yield (22.33 t ha-1) occurred in KFS16 at 6–8 dS m-1. Conclusion The study demonstrated significant genotypic differences in the response of forage sorghum to irrigation water salinity. Although all measured traits declined with increasing salinity, 'Mansour' performed best under non-saline conditions, whereas 'Pegah' exhibited greater tolerance under moderate and high salinity by maintaining higher biomass production and crude protein content. These findings suggest that selecting genotypes based on their salinity tolerance can optimize forage yield and quality in salt-affected environments. Given the increasing salinity of irrigation water in the Sistan region, the cultivation of 'Pegah' represents a practical and resilient strategy for sustaining forage production and supporting local livestock systems. با توجه به توقف ورود آب به رودخانه هیرمند و افزایش شوری آب چاه‌های سطحی در منطقه سیستان، نیاز به گزینش و کشت ژنوتیپ‌های متحمل به شوری ضرورت دارد. به‌منظور بررسی تأثیر تنش شوری بر عملکرد و صفات ریخت‌شناسی ارقام و لاین‌های جدید سورگوم علوفه‌ای (Sorghum bicolor L.) ، آزمایشی به‌صورت اسپلیت‌پلات در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار طی سال‌های زراعی 1399 و 1400 در ایستگاه تحقیقات کشاورزی زهک انجام شد. در این آزمایش، شوری آب آبیاری در سه سطح (شامل شاهد و شوری متوسط و شدید به‌ترتیب با هدایت‌های الکتریکی 3-2، 6-4 و 8-6 دسی‌زیمنس بر متر) به‌عنوان عامل اصلی و شش ژنوتیپ سورگوم علوفه‌ای (ارقام پگاه، اسپیدفید و منصور و لاین‌های KFS15، KFS16 و KFS17) بهعنوان عامل فرعی مورد بررسی قرار گرفتند. اثر برهم‌کنش شوری و ژنوتیپ بر تمام صفات مورد بررسی معنی‌دار بود. بیشترین درصد پروتئین به‌ترتیب در رقم منصور و اسپیدفید و آبیاری غیرشور با میانگین 15.03 و 14.75 درصد به دست آمد. بیشترین عملکرد علوفه تر و خشک (به‌ترتیب 146.943 و 38.714 تن در هکتار) در شرایط آبیاری غیرشور و رقم منصور حاصل شد. در سطح شوری شدید رقم پگاه با عملکرد علوفه تر و خشک به‌ترتیب 72.010 و 21.297 تن در هکتار نسبت به بقیه ارقام و لاین‌ها برتری داشت. با توجه به نتایج، در شرایط آبیاری غیرشور، رقم منصور و در شرایط آبیاری با آب شور رقم پگاه به‌عنوان ارقام علوفه‌ای مناسب برای منطقه سیستان قابل ‌توصیه هستند.

https://jcesc.um.ac.ir/article_47336_648fcf4a5db414662ea7c164c534d89e.pdf

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 Introduction Forage sorghum (Sorghum bicolor (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. Materials and Methods 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. Results and Discussion 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. Conclusion 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. Acknowledgement 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 (Sorghum bicolor (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

دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 Calibration and Validation of SSM-iCrop2 Model for Simulating the Growth and Yield of Lentil (Lens culinaris Medik.) واسنجی و تعیین اعتبار مدل SSM-iCrop 2 برای پیش‌بینی رشد و عملکرد عدس (Lens culinaris Medik.) 263 280 47606 10.22067/jcesc.2025.94482.1417 FA زینب امانی گروه تولیدات گیاهی و ژنتیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران فرزاد مندنی گروه تولیدات گیاهی و ژنتیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران 0000-0002-0077-6605 مختار قبادی گروه تولیدات گیاهی و ژنتیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران 0000-0002-5729-4666 Journal Article 2025 07 16 Introduction Lentil is the third most important legume in the cold-season legume family. Legumes, as the second most important food source after cereals, account for about 613000 hectares of the annual cultivated area of crops in Iran. In terms of cultivated area, lentil is in third place among legumes after chickpeas and beans, and the provinces of Hamedan, Lorestan, Kerman, Fars and Bushehr are the main centers of production of this plant. Crop growth simulation models can play an important role in allowing farmers and planners to make decisions about the feasibility of systems (crops and technologies). These useful tools greatly facilitate the optimization of crop production and management strategies. Crop growth models also provide a useful tool in researches to simulate potential growth and yield. The aim of this study was to calibrate and validate the SSM-iCrop2 model for simulation of growth and yield of lentil in order to investigate the effect of sowing date and different irrigation under Kermanshah and Azna regions using the sub models associated with phenology, dry matter production and distribution and the changes in leaf area. Materials and Methods This study was conducted at Agricultural and Natural Resources, Razi University and in a leading farmer's farm in the Azna region. The SSM-iCrop2 model was used. This model has been tested and proved for a wide range of crops. This model requires limited and easily available input information. In order to collect the necessary information for model calibration and evaluation, experiments were conducted using a split factorial design with three replications in 2022 and 2023. In this way, one experiment was conducted to extract the parameters required for model calibration under the Kermanshah region in 2022, and then two other experiments were conducted to extract the information required to model validation under the Kermanshah and Azna regions in 2023. Treatments included supplementary irrigation (no irrigation, one irrigation at flowering stage, and two irrigations at flowering and seed filling stages) as the main factor, sowing date (February 17, March 21, March 20 for Kermanshah, March 6, 16, and 24 for Azna), and cultivar (Bile Savar, Kimia, and Gachsaran) as secondary factors. Measured data of phenological development stages and grain yield were used to evaluate the model. Model evaluation indices included linear regression fitting between observed and simulated data and their comparison with the slope of the 1:1 line, root mean square error (RMSE), normalized root mean square error (nRMSE), mean error of approximation (MBE), and Wilmot's agreement index (d). Results and Discussion The model calibration results indicated appropriate accuracy of the plant parameter values used in the model structure, which led to very accurate prediction of growth and yield characteristics. The evaluation results showed acceptable accuracy of SSM-iCrop2 in simulating the process of changes in developmental stages and grain yield of cultivars in the studied treatments. The RMSE value of the developmental stage from sowing to physiological maturity in Kermanshah for the cultivars Bileh Savar, Kimia and Gachsaran was 2.5, 2.5 and 3.4 days, respectively, and in Azna it was 12.9, 12.5 and 11.8 days, respectively. The RMSE value of grain yield in Kermanshah ranged from 1.4 to 2.15 and from 4 to 7 g m-2 in Azna. Several studies have been conducted on the evaluation of the SSM-iCrop2 model in simulating grain yield in different crops. Among them is the research on soybean by Nehbandani et al. (2015), who reported satisfactory results regarding the model evaluation. They stated that this model can be used to determine the most suitable sowing and harvesting dates, grain yield, and other phenological stages of soybean. Conclusion The results indicated that the SSM-iCrop2 model accurately estimated the phenological development and grain yield of lentil cultivars. Despite variations in sowing dates and irrigation regimes, the model successfully simulated lentil growth and yield using a relatively small number of input parameters. Model evaluation demonstrated that SSM-iCrop2 can accurately simulate the developmental stages and grain yield of lentil in the Kermanshah and Azna regions. Based on these findings, the model is suitable for predicting lentil growth and yield and can be applied to studies assessing lentil performance under diverse climatic conditions and management practices. پژوهش حاضر به‌منظور تخمین پارامترهای مدل SSM-iCrop2 و ارزیابی کارآیی آن در پیش‌بینی رشد و نمو عدس (Lens culinaris Medik.) انجام شد. به‌منظور جمعآوری داده‌‌های لازم برای واسنجی و ارزیابی مدل، آزمایشهایی به‌صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی و شهرستان ازنا طی سالهای زراعی 1400 و 1401 اجرا گردید. تیمارها شامل رژیم آبیاری (بدون آبیاری، یک بار آبیاری در مرحله گل‌دهی و دو بار آبیاری در مراحل گل‌دهی و پُر شدن دانه) به‌عنوان عامل اصلی، تاریخ کشت (27 بهمن، 9 اسفند، 21 اسفند برای کرمانشاه و 6، 16 و 24 اسفند برای ازنا) و رقم (بیله سوار، کیمیا و گچساران) به‌عنوان فاکتور فرعی بود. نتایج واسنجی مدل حاکی از دقت مناسب مقادیر پارامترهای گیاهی به‌کار‌رفته در ساختار مدل بود که منجر به پیش‌بینی بسیار دقیق ویژگی‌های رشد و عملکرد شد. نتایج ارزیابی‌ها نشان از دقت قابل قبول SSM-iCrop2 در شبیه‌سازی روند تغییرات مراحل نموی و عملکرد دانه ارقام در تیمارهای مورد بررسی داشت. مقدار RMSE مرحله نموی روز از کاشت تا رسیدگی فیزیولوژیک در کرمانشاه برای ارقام بیله سوار، کیمیا و گچساران به‌ترتیب 5.2، 5.2 و 4.3 روز و در ازنا به‌ترتیب 12.9، 12.5 و 11.8 روز بود. مقدار RMSE عملکرد دانه در کرمانشاه از 4.1 تا 15.2 و ازنا از چهار تا هفت گرم در مترمربع بود. بنابراین می‌توان از مدلSSM-iCrop2 برای بررسی وضعیت مدیریت زراعی و تجزیه و تحلیل رشد و عملکرد عدس در شرایط کرمانشاه و ازنا استفاده کرد.

https://jcesc.um.ac.ir/article_47606_10f7bc59e8bff1be33feb09b6c07be1f.pdf

دانشگاه فردوسی مشهد پژوهشهای زراعی ایران 2008-1472 24 2 2026 06 22 Evaluation of Foliar Application of Cytokinin, Iron, Zinc and Selenium on Chlorophyll Fluorescence Parameters of Wheat (Triticum aestivum L.) under Drought Stress ارزیابی محلول‌پاشی سیتوکینین، آهن، روی و سلنیوم بر شاخص‌های فلورسانس کلروفیل گندم (Triticum aestivum L.) تحت تنش خشکی 281 297 47607 10.22067/jcesc.2025.95050.1421 FA امیر فریدنیا گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران فرزاد پاک نژاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران 0000-0003-0951-2072 مهدی صادقی شعاع موسسه تحقیقات اصلاح و‌ تهیه بذر چغندرقند، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران 0000-0003-2152-085X محمد نبی ایلکایی گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران 0000-0002-1374-9462 فیاض آقایاری گروه زراعت و اصلاح نباتات، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران Journal Article 2025 08 22 Introduction Environmental stresses are important factors in reducing agricultural production worldwide. Plants are continuously exposed to various stresses under natural and agricultural conditions, and water scarcity is the most important limiting factor for crop yield in most parts of the world. Drought stress can cause morphological, physiological, and biochemical changes in crop plants. Cytokinin application and foliar application of micronutrients can have beneficial effects on plant photosynthesis and wheat yield under moisture stress conditions. Materials and Methods This study was conducted as a split-plot factorial experiment based on a randomized complete block design with three replications in two regions, Karaj and Hamadan, during the 2019–2020 growing seasons. Irrigation regimes, including three levels—(i) irrigation at 40% available soil moisture depletion throughout the growing season (control), (ii) normal irrigation from planting to the pollination stage followed by irrigation at 60% available soil moisture depletion, and (iii) normal irrigation from planting to the pollination stage followed by irrigation cutoff until maturity—were assigned to the main plots. The factorial sub-factors included low-consumption nano-elements at five levels (control, zinc, iron, selenium, and a combined application of the three elements) and cytokinin application timing at four levels (control, flowering stage, milking stage, and flowering + milking stages). Measured traits included grain yield, biological yield, and chlorophyll fluorescence parameters. Results and Discussion The results indicate that the effects of irrigation, cytokinin and Nano-micronutrient treatments on the studied traits were significant, but the interaction effects of these treatments were not significant. Drought stress has an inhibitory effect on various photosynthetic activities, especially photosystem II activity, in wheat. In the present study, it was determined that chlorophyll fluorescence parameters along with chlorophyll content have a special role in investigating the effects of drought stress on plant photosynthetic systems. Therefore, by applying drought stress, the rate of transpiration, gas exchange, maximum photochemical efficiency of photosystem II, maximum fluorescence (Fm) and photosynthesis rate decreased. However, the use of cytokinin hormone and the combined application of micronutrients significantly increased the rate of photosynthesis, stomatal conductance, transpiration intensity, maximum photochemical efficiency of photosystem II, maximum fluorescence (Fm), minimum fluorescence (F0), relative water content of leaf and chlorophyll content. Normal irrigation treatment increased the stable fluorescence (26.68%) and the variable fluorescence index (24.78%) compared to the normal irrigation treatment until pollination and then completely stopped irrigation. Zinc + iron + selenium elements improved the stable fluorescence (26.16%) and variable fluorescence (21.48%) compared to the control treatment. Foliar application of cytokinin at pollination + grain milking increased the stable fluorescence (15.34%) and variable fluorescence (20.74%) compared to the control. Drought stress had an inhibitory effect on various activities of the photosynthetic apparatus, especially the activity of photosystem II, in wheat, but the application of micronutrients and the hormone cytokinin reduced the inhibitory effect. The improvement of photosynthesis by cytokinin and micronutrients under stress may be due to the effect of these substances in maintaining leaf chlorophyll. It seems that cytokinin and micronutrients have inhibitory effects on the functioning of the photosynthetic apparatus. According to the results obtained, it can be concluded that the decrease in the quantum yield of photosystem II is mainly due to the occurrence of disorder in the chloroplast and the decrease in chlorophyll also confirms this issue, because chlorophyll fluorescence is directly related to the activity of chlorophyll in the reaction of photosystems and can be used as a criterion for measuring the efficiency of the photosystem. Conclusion The combined application of nano micronutrients (zinc + iron + selenium) led to an increase in wheat yield compared to the application of each of them individually, so the combined foliar application of these three elements is recommended to increase wheat yield. Cytokinin foliar application at the pollination + grain milk stage increased wheat yield compared to application at other stages, although various sources consider the application of nano micronutrients and cytokinin foliar application important for water stress tolerance, but the results of the present study showed that in conditions of low irrigation and stress, these strategies are not recommended to reduce the negative effects of deficit irrigation. به‌منظور ارزیابی سیتوکینین و محلولپاشی عناصر ریزمغذی و اثرات مفید آنان بر فتوسنتز گیاه و عملکرد گندم (Triticum aestivum L.) در شرایط تنش خشکی، پژوهشی در دو منطقه کرج و همدان به‌صورت اسپلیت‌پلات فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. ‌عامل‌های آزمایش شامل رژیم‌های آبیاری با سه سطح (الف: آبیاری در 40 درصد تخلیه رطوبت قابل دسترس در تمام دوره رشدی (شاهد)، ب: آبیاری نرمال تا گرده‌افشانی و ج: آبیاری در 60 درصد تخلیه رطوبت قابل دسترس تا پایان دوره رشد، آبیاری نرمال تا گرده‌افشانی و قطع آبیاری تا پایان دوره رشد)، در کرت‌های اصلی و فاکتوریل عناصر نانو کم‌مصرف با پنج سطح: شاهد (عدم مصرف عناصر ریزمغذی نانو)، محلول‌پاشی روی، آهن، سلنیوم و ترکیب سه عنصر (آهن + روی + سلنیوم)) و زمان استفاده از سیتوکینین با چهار سطح (شاهد (عدم مصرف)، مصرف در مرحله گل‌دهی، مصرف در مرحله شیری شدن و مصرف در مرحله گل‌دهی + شیری شدن) در کرت‌های فرعی بودند. نتایج نشان داد که تیمار آبیاری نرمال موجب افزایش فلورسانس پایدار (26.68 درصد)، شاخص فلورسانس متغیر (24.78 درصد) نسبت به تیمار آبیاری نرمال تا گرده‌افشانی و بعد از آن قطع کامل آبیاری شد. عناصر روی + آهن + سلنیوم سبب بهبود فلورسانس پایدار (26.16 درصد) و فلورسانس متغیر (21.48 درصد) نسبت به شاهد گردید. محلول‌پاشی سیتوکینین در گرده‌افشانی + شیری شدن دانه، فلورسانس پایدار (15.34 درصد) و فلورسانس متغیر (20.74 درصد) را نسبت به شاهد افزایش داد. بنابراین اعمال تنش خشکی بر گندم قابل توصیه نیست و کاربرد هورمون سیتوکینین و همچنین عناصر ریزمغذی برای بهبود شرایط کشت گندم قابل توصیه است.

https://jcesc.um.ac.ir/article_47607_56ecdfc08077e1c1aa0feb4ee9f1bcb7.pdf