کاربرد مدل مساحت مثلث در پیش‌بینی ضریب هیدروتایم: کمی‌سازی جوانه‌زنی بذر آویشن شیرازی (Zataria multiflora Boiss.) در پاسخ به پتانسیلهای رطوبتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اکولوژی دانشکده زراعت و اصلاح نباتات دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 گروه اکولوژی گیاهان زراعی دانشکده زراعت و اصلاح نباتات دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 دانشگاه تهران

10.22124/jms.2025.9455

چکیده

شناخت نیاز رطوبتی جوانه‌زنی بذر در پیش‌بینی پراکندگی اکولوژیک و نیز برنامه‌‌‌‌های زراعی‌سازی گونه‌‌‌‌های داروئی ضروری است. در این مطالعه، جوانه‌زنی بذر آویشن شیرازی در پاسخ به سطوح پتانسیل اسمزی (۰، 2/0-، 4/0-، 6/0-، 8/0- و 1- مگاپاسکال) آزمون شد و شمارش جوانه‌زنی روزانه برای 21 روز انجام شد. مدل مساحت مثلث (TAM)، برای تخمین مقادیر هیدروتایم مورد استفاده قرار گرفت. سپس مدل ویبول به مقادیر هیدورتایم برازش داده و میزان جوانه‌زنی تجمعی پیش‌بینی شد. مدل هیدروتایم بردفورد نیز برای پیش‌بینی جوانه‌زنی تجمعی و به منظور مقایسه با کارایی مدل مساحت مثلث مورد استفاده قرار گرفت. براساس نتایج ارزیابی مدل‌ها، مدل TAM با ضریب تبیین (R2) برابر با 92/0 و جذر میانگین مربعات خطا(RMSE)  برابر با 11/0 و ضریب آیکائیک 3317-، نسبت به مدل بردفورد با R2 برابر 90/0 و RMSE برابر با 14/ 0 و ضریب آیکائیک 3047-، از کارایی و دقت بالاتری در پیش‌بینی جوانه‌زنی بذر آویشن شیرازی برخوردار بود. تخمین پارامترهای مدل  TAMحاکی از حداکثر جوانه‌زنی 81 درصد، میزان پتانسیل رطوبتی پایه 81/0- و پتانسیل بهینه 0003/0 مگاپاسکال بود. در مقابل پیش‌بینی میانگین پتانسیل پایه توسط مدل بردفورد به میزان 66/0- و با انحراف معیار 16/0 پیش‌بینی شد. در مجموع، مدل TAM، با پارامترهای کاربردی در تخمین نیازهای رطوبتی بذر، همچون رطوبت پایه، بهینه و حداکثر جوانه‌زنی بذرها و در عین حال پیش‌بینی دقیق‌تر و با اریب بسیار کم، کارایی مناسبی در مدل‌سازی جوانه‌زنی آویشن شیرازی در پاسخ به سطوح رطوبتی نشان داد. دقت و عملکرد مناسب مدل TAM، حاکی از ظرفیت آن در تخمین پارامترهای رطوبتی جوانه‌زنی گونه‌‌‌‌ها می‌باشد. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Application of the Triangle Area Model in Predicting Hydrotime Coefficient: Quantifying Seed Germination of Shirazi Thyme (Zataria multiflora Boiss.) in Response to Moisture Potentials

نویسندگان [English]

  • Nafiseh Khalili 1
  • Mohammadreza Jahansooz 2
  • Mostafa Oveisi 3
1 Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Tehran, Alborze, Iran.
2 Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Tehran, Alborze, Iran.
3 University of Tehran
چکیده [English]

Understanding the moisture requirements of seed germination is essential for predicting ecological distribution and for the domestication and cultivation of medicinal plant species. In this study, germination of Shirazi thyme (Zataria multiflora) seeds was evaluated under different osmotic potential levels (0, −0.2, −0.4, −0.6, −0.8, and −1 MPa), and germination was recorded daily for 21 days. The Triangle Area Model (TAM) was used to estimate hydrotime parameters. Subsequently, the Weibull model was fitted to the hydrotime data to predict cumulative germination. Bradford’s hydrotime model was also applied to predict cumulative germination and to compare its performance with that of TAM. Based on the model evaluation results, the TAM model, with a coefficient of determination (R²) of 0.92, a Root Mean Square Error (RMSE) of 0.11, and an Akaike Information Criterion (AIC) of -3317, demonstrated higher efficiency and accuracy in predicting the seed germination of Zataria multiflora compared to the Bradford model, which had an R² of 0.90, an RMSE of 0.14, and an AIC of -3047. The parameter estimates of the TAM model indicated a maximum germination percentage of 81%, a base water potential of -0.81 MPa, and an optimal water potential of 0.0003 MPa. In contrast, the Bradford model predicted a mean base water potential of -0.66 MPa with a standard deviation of 0.16. Overall, TAM, through its practical parameters for estimating seed moisture requirements such as base and optimal water potentials and maximum germination provided more accurate predictions with minimal bias and demonstrated strong performance in modeling germination responses of Shirazi thyme to varying moisture levels. The satisfactory accuracy and robustness of TAM highlight its potential for estimating germination moisture parameters in plant species.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seed Germination
  • Triangle Area Model (TAM)
  • Water Stress
  • Zataria multiflora

مراجع

Balouchi, H., Soltani Khankahdani, V., Moradi, A., Gholamhoseini, M., Piri, R., Heydari, S. Z., شدی Dedicova, B. 2023. Seed fatty acid changes germination response to temperature and water potentials in six sesame (Sesamum indicum L.) cultivars: Estimating the cardinal temperatures. Agriculture, 13(10), p. 1936. DOI:10.3390/agriculture13101936
Balouchi, H., Soltani Khankahdani, V., Piri, R., Moradi, A., Gholamhoseini, M., Heydari, S.Z., Ahmed, L.Q., Escobar-Gutiérrez, A.J. and Dedicova, B. 2025. Deciphering the Germination Behavior of Sesame Cultivars: The Interplay of Hydrothermal Time Model Parameters and Seed Fatty Acid Profiles. Plants, 14(22): p.3422. DOI: 10.3390/plants14223422
Bareke, T. 2018. Biology of seed development and germination physiology. Advances in Plants & Agriculture Research, 8(4): 336-346. DOI:10.15406/apar.2018.08.00335
Behboud, R., Moradi, A., Piri, R., Dedicova, B., Fazeli-Nasab, B. and Ghorbanpour, M. 2024. Sweet corn (Zea mays L.) seed performance enhanced under drought stress by chitosan and minerals coating. BMC Plant Biology, 24(1): 1-17. DOI:10.1186/s12870-024-05704-2
Bello, P. and Bradford, K. J. 2016. Single-seed oxygen consumption measurements and population-based threshold models link respiration and germination rates under diverse conditions. Seed Science Research, 26(3): 199-221. DOI:10.1017/S0960258516000179
Bradford, K.J. 2017. Water relations in seed germination. In Seed development and germination (pp. 351-396). Routledge. DOI:10.1201/9780203740071-13
DOI:10.1038/s41598-024-76050-4
Dürr, C., Dickie, J.B., Yang, X.Y. and Pritchard, H.W. 2015. Ranges of critical temperature and water potential values for the germination of species worldwide: contribution to a seed trait database. Agricultural and Forest Meteorology, 200: 222-232. DOI: 10.1016/j.agrformet.2014.09.024
Fatemi, F., Asri, Y., Rasool, I. and Alipoor, S. 2012. Chemical composition and antioxidant propertice of Zataria multiflora extracts. Pharmaceutical Biology, 50: 232-238. DOI: 10.3109/13880209.2011.596208
Khan, J., Ullah, S., Shah, S., Sadaf, Khan, S. and Sulaiman, 2023. Modeling the upshots of induced temperature and water stress on germination and seedlings length of radish (Raphanus sativus L.) via hydrothermal time model. Vegetos, 36(3): 939-949. DOI: 10.1007/s42535-022-00490-4
Klupczyńska, E.A. and Pawłowski, T.A. 2021. Regulation of seed dormancy and germination mechanisms in a changing environment. International Journal of Molecular Sciences, 22(3): p.1357. DOI: 10.3390/ijms22031357
Maleki, K.; Maleki, K.; Soltani, E.; Oveisi, M.; Gonzalez-Andujar, J.L. A Model for Changes in Germination Synchrony and Its Implements to Study Weed Population Dynamics: A Case Study of Brassicaceae. Plants 2023, 12, 233. https://doi.org/10.3390/plants12020233
Michel, B. E. and M. R. Kaufmann.1973. The osmotic potential of polyethylene glycol 6000. Plant Physiolology, 51: 914-916. DOI: 10.1104/pp.51.5.914
Mirtayebi, M., Bostani, A., Diyanat, M. and Azadi, A. 2021. Effect of application of potassium nanofertilizer on mother plant on seed germination components and initial growth of quinoa (Chenopodium quinoa Willd) seedling under water stress. Journal of Seed Research, 11(2), 40-53. (In Persian) (Journal) DOI: 10.30495/JSR.2022.1942613.1224
Mosavi, S.M., Bijanzadeh, E., Zinati, Z. and Nazari, L. 2021. Seed germination prediction of osmotic-stressed safflower (Carthamus tinctorius L.) at different temperatures using hydrotime analysis. Iran Agricultural Research, 40(1): 83-92. DOI: 10.22099/IAR.2021.39039.1417
Nezafat, M.H., Naderi, R., Taghvaei, M., Edalat, M., Tahmasebi, A. and Egan, T.P. 2025. Modeling Germination Dynamics and Drought Stress Tolerance in Sorghum Genotypes: Role of Priming and Hydrotime Analysis. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 1-16. DOI:10.1080/00103624.2025.2514164
Oveisi, M., Alizadeh, H., Lorestani, S. A., Esmaili, A., Sadeghnejad, N., Piri, R., Gonzalez-Andujar, J. L. and Müller-Schärer, H. 2024. Triangle area model (TAM) for predicting germination: An approach to enhance hydrothermal time model applications. Current Plant Biology, 39: 1-15. DOI:10.1016/j.cpb.2024.100356
Oveisi, M., Amani, M., Pishyar, A., Piri, R., Alizadeh, H., Müller‐Schärer, H. and Baskin, C.C., 2025. Modelling the Effects of Warmer, Drier Winters on Dormancy Release and Germination in Summer Annual Weeds. Weed Research, 65(6): p.e70047. DOI: 10.1111/wre.70047
Patanè, C., Saita, A., Tubeileh, A., Cosentino, S.L. and Cavallaro, V. 2016. Modeling seed germination of unprimed and primed seeds of sweet sorghum under PEG-induced water stress through the hydrotime analysis. Acta Physiologiae Plantarum, 38(5): p.115. DOI:10.1007/s11738-016-2135-5
Pill, W.G., 2020. Low water potential and presowing germination treatments to improve seed quality. In Seed quality (pp. 319-359). CRC Press. DOI:10.4324/9781003075226-10
Piri, R., Moradi, A., Salehi, A. and Balouchi, H.R., 2021. Effect of seed biological pretreatments on germination and seedling growth of cumin (Cuminum cyminum L.) under drought stress. Iranian Journal of Seed Science and Technology, 9:11-26. (In Persian) (Journal). DOI:10.22034/ijsst.2019.109182.1054
Rosero, A., Granda, L., Berdugo-Cely, J.A., Šamajová, O., Šamaj, J. and Cerkal, R., 2020. A dual strategy of breeding for drought tolerance and introducing drought-tolerant, underutilized crops into production systems to enhance their resilience to water deficiency. Plants, 9(10): p.1263. DOI: 10.3390/plants9101263
Yar, A., Ullah, R., Khan, M.N., Iqbal, M., Ercisli, S., Kaplan, A., Olana, D.D., Javed, M.A., Mohamed, E.I., Baowidan, S. and Harakeh, S. 2024. Unveiling the germination patterns of Alternaria porri (Ellis) by using regression analysis and hydrothermal time modeling. Scientific Reports, 14(1): p.25694. 
علوم و تحقیقات بذر ایران
دوره 12، شماره 3
مهر 1404
صفحه 1-14

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار