بررسی تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از تکنیک ۱۵N

چکیده……………………………………………………..۱۰   
مقدمه ……………………………………………………….۱۳
فصل اول:کلیات      ……………………………………………………………15
۱-کشاورزی پایدار                   .         ………………………………..16
۱-۱کودهای بیولوژیک………………………………………………………۱۸
۱-۲استفاده از میکرو‌ارگانیزم‌ها به عنوان کود بیولوژیک………………..۱۹
۱-۳-انواع کودهای بیولوژیک………………………………………………۲۰
۲-اهمیت گندم………………………………………………………………..۲۰
۲-۱-تاریخچه و پیدایش گندم………………………………………………..۲۲
۲-۲-وضعیت کشت گندم در جهان…………………………………………..۲۲
۲-۳-وضعیت کشت گندم در ایران……………………………………………۲۴
۲-۴-وضعیت کشت گندم در استان تهران……………………………………۲۵
۲-۵-شرایط آب‌وهوایی گندم………………………………………………….۲۶
۲-۶-مرفولوژی گندم………………………………………………………….۲۷
۲-۶-۱-ریشه………………………………………………………………….۲۷
۲-۶-۲-ساقه………………………………………………………………….۲۸
۲-۶-۳-پنجه…………………………………………………………………..۲۹
۲-۶-۴-برگ………………………………………………………………….۳۰
۲-۶-۵-گل‌آذین……………………………………………………………….۳۱
۲-۶-۶-دانه…………………………………………………………………..۳۲
۲-۷-عوامل محیطی مؤثر بر رشدونمو گندم……………………………….۳۳
۲-۷-۱خاک…………………………………………………………………….۳۳
۲-۷-۲-رطوبت……………………………………………………………….۳۴
۲-۷-۳-حرارت……………………………………………………………….۳۵
۲-۷-۴-نور………………………………………………………………….۳۶
۲-۷-۴-۱-طول روز…………………………………………………………۳۶
۲-۷-۴-۲-شدت نور…………………………………………………………۳۶
۲-۸-عملکرد دانه گندم و عوامل مؤثر بر آن………………………………۳۶
فصل دوم:بررسی منابع………………………………………………………۴۲
۱-نیتروژن در طبیعت…………………………………………………………۴۳
۲-شکلهای نیتروژن در خاک………………………………………………..۴۴
۲-۱-نیتروژن معدنی خاک……………………………………………………۴۵
۲-۲-  نیتروژن آلی خاک…………………………………………………….۴۵
۳-نقش نیتروژن در گیاه……………………………………………………..۴۵
۴-چرخه نیتروژن…………………………………………………………….۴۶
۴-۱راههایی که نیتروژن در دسترس گیاه قرار می‌گیرد
 و یا به خاک اضافه می‌شود. …………………………………………………۴۷
۴-۱-۱معدنی شدن نیتروژن خاک…………………………………………….۴۷
۴-۱-۲وارد شدن نیتروژن از اتمسفر به خاک……………………………….۴۸
۴-۱-۳-کاربرد کودهای شیمیایی ازته………………………………………..۴۹
۴-۱-۴-تثبیت نیتروژن به روش بیولوژیک……………………………………۵۰
۴-۲-راههایی که نیتروژن از دسترس گیاه و یا از خاک خارج می‌شود……..۵۱
۴-۲-۱-غیر متحرک شدن (متوقف شدن یا آلی شدن ) نیتروژن…………….۵۱
۴-۲-۲-نیترات زدایی……………………………………………………………۵۲
۴-۲-۳-جذب نیتروژن بوسیله گیاهان………………………………………….۵۴
۴-۲-۴-آبشویی نیتروژن………………………………………………………..۵۵
۴-۲-۵-تلفات نیتروژن به صورت آمونیاک…………………………………….۵۵
۴-۲-۶-تلفات نیتروژن از طریق فرسایش…………………………………….۵۶
۵-سیستمهای بیولوژیک تثبیت کننده نیتروژن……………………………….۵۶
۵-۱تثبیت نیتروژن به روش همزیستی………………………………………۵۷
۵-۱-۱همزیستی باکتریهای ریزوبیوم و گیاهان خانواده لگومینوز………..۵۷
۵-۱-۲-همزیستی ریزوبیوم با گیاهان غیر لگوم…………………………….۵۹
۵-۱-۳-همزیستی اکتینوریزی…………………………………………………۵۹
۵-۱-۴-همزیستی سیانوباکتریها و گیاهان…………………………………..۶۰
۵-۱-۴-۱-همزیستی سیانوباکتری آنابنا و آزولا…………………………….۶۱
۵-۱-۴-۲-همزیستی نوسترک و آنابنا باسیکادها……………………………..۶۲
۵-۱-۴-۳-همزیستی سیانوباکتری نوسترک و گانرا………………………….۶۲
۵-۱-۵-همزیستی سیانوباکتریها و دیاتومه‌ها………………………………..۶۳
۵-۱-۶-همزیستی سیانوباکتریها و بریوفیتها………………………………..۶۳
۵-۱-۷-همزیستی سیانوباکترها و قارچها (تشکیل گلسنگ)………………..۶۵
۵-۲-تثبیت نیتروژن به روش آزاد…………………………………………….۶۵
۵-۲-۱-باکتریهای هتروتروف باکتریهای بیهوازی………………………….۶۶
۵-۲-۱-۱-باکتریهای بی هوازی………………………………………………۶۶
۵-۲-۱-۲-باکتریهای بیهوازی اختیاری………………………………………۶۷
۵-۲-۱-۳-باکتریهای هوازی…………………………………………………..۶۷
۵-۲-۱-۴-سیانوباکتریها……………………………………………………….۶۸
۵-۲-۲-فتواتوتروف‌های آزادزی………………………………………………۶۹
۵-۲-۲-۱-باکتریهای فتوسنتز کننده…………………………………………..۶۹
۵-۳-تثبیت نیتروژن به روش همیاری……………………………………….۷۱
۵-۳-۱-تعریف همیاری……………………………………………………….۷۱
۵-۳-۲-دلایل تثبیت نیتروژن به روش همیاری……………………………..۷۲
۵-۳-۳-همیاریهای فیلوسفری………………………………………………..۷۲
۵-۳-۴-همیاریهای ریزوسفری…………………………………………………………..۷۳
۶-بیوشیمی تثبیت نیتروژن مولکولی……………………………………………………..۷۳
۶-۱ساختار آنزیم نیتروژناز و نحوه تامین انرژی
 مورد نیاز برای تثبیت ازت مولکولی……………………………………………………….۷۴
۶-۲کارایی………………………………………………………………………………………..۷۷
۶-۳-تولید هیدروژن و خروج آن……………………………………………………………..۸۱
۷-همیاری باکتریهای جنس آزوسپیریلوم  با گیاهان………………………………………..۸۳
۷-۱اکولوژی آزوسپیریلوم……………………………………………………………………..۸۳
۷-۲گیاهان میزبان………………………………………………………………………………۸۴
۷-۳-طبقه‌بندی………………………………………………………………………………….۸۴
۷-۴-مشخصات باکتری…………………………………………………………………………۸۵
۷-۵-تثبیت نیتروژن وابسته به هیدروژن……………………………………………………..۸۸
۷-۶-احیای نیترات (نیترات زدایی)……………………………………………………………۸۸
۷-۷-عوامل موثر در اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم و تاثیر آن بر رشد گیاه……………۸۹
۷-۸-تولید ساخت.مان کیست مانند…………………………………………………………….۹۰
۷-۹-تولید سیدروفور…………………………………………………………………………..۹۱
۷-۱۰تولید مواد کشنده باکتریها………………………………………………………………۹۲
۷-۱۱جذب سطحی باکتریها به ذرات خاک……………………………………………………۹۲
۷-۱۲-تولید فیتوهورمونها و دیگر مواد تحریک کننده رشد گیاه……………………………۹۳
۷-۱۳-تغییر در فیزیولوژی و موروفولوژی ریشه…………………………………………..۹۳
۷-۱۴-نقشهای احتمالی موسیژل……………………………………………………………..۹۴
۷-۱۵-مکانیزمهای جذب آزوسپیریلوم بطرف ریشه…………………………………………۹۴
۷-۱۶-شیمیوتاکتیک  (کموتاکتیک )…………………………………………………………….۹۵
۷-۱۷مراحل اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم……………………………………………….۹۷
۷-۱۷-۱-اتصال باکتریها به پوست ریشه……………………………………………………۹۷
۷-۱۷-۲-اشغال بافت ریشه…………………………………………………………………..۹۸
۷-۱۸-تاثیر آزوسپیریلوم در عملکرد گیاهان مختلف……………………………………….۹۸
۸-نیتروژن -۱۵………………………………………………………………………………۱۰۵
فصل سوم:موادو روشها……………………………………………………………………..۱۱۰
۱-مواد مورد آزمایش…………………………………………………………………………۱۱۱
۱-۱تهیه ماده تلقیح…………………………………………………………………………..۱۱۱
۱-۲-بررسی روابط همزیستی سویه‌های مخالف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از ایزوتوپ۱۵N در شرایط گلخانه۱۱۲
۱-۲-۱-زمان و محل اجرای آزمایش……………………………………………………….۱۱۲
۱-۲-۲-خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد استفاده………………………………۱۱۲
۱-۲-۳-دمای گلخانه………………………………………………………………………..۱۱۳
۱-۲-۴-مشخصات ارقام گندم مورد استفاده………………………………………………۱۱۴
۱-۲-۴-۱-رقم طبسی……………………………………………………………………….۱۱۴
۱-۲-۴-۲-رقم مهدوی………………………………………………………………………۱۱۴
۱-۲-۴-۳-رقم موتانت طبسی……………………………………………………………….۱۱۵
۱-۲-۵-مشخصات طرح آزمایشی……………………………………………………………۱۱۶
۱-۲-۶-مشخصات فاکتورهای آزمایش……………………………………………………..۱۱۶
۱-۲-۷-عملیات کاشت و داشت……………………………………………………………..۱۱۶
۱-۲-۸-کاربرد ایزوتوپ پایدار نیتروژن-۱۵………………………………………………۱۱۷
۱-۲-۹-صفات اندازه‌گیری شده…………………………………………………………….۱۲۰
۱-۲-۱۰-محاسبات آماری…………………………………………………………………..۱۲۱
۱-۳-ارزیابی کارآیی سویه‌های باکتری آزوسپریلوم با  ارقام بومی، اصلاح شده و لاین موتانت گندم و تأثیر کاربرد آنها بر عملکرد و برخی از صفات زراعی گندم در شرایط آب‌وهوایی کرج۱۲۱
۱-۳-۱-خصوصیات اقلیمی منطقه………………………………………………………….۱۲۱
۱-۳-۲-مشخصات اقلیمی محل اجرای آزمایش در سال زراعی ۸۳-۱۳۸۲…………….۱۲۲
۱-۳-۳-خصوصیات. فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش………………………………۱۲۳
۱-۳-۴-مشخصات ارقام مورد استفاده …………………………………………………….۱۲۳
۱-۳-۵-مشخصات طرح آزمایشی………………………………………………………….۱۲۳
۱-۳-۶- مشخصات فاکتورهای آزمایش…………………………………………………..۱۲۳
۱-۳-۶-۱-آزوسپریلوم…………………………………………………………………….۱۲۳
۱-۳-۷-عملیات زراعی……………………………………………………………………۱۲۴
۱-۳-۷-۱-عملیات کاشت………………………………………………………………….۱۲۴
۱-۳-۷-۲-علمیات داشت………………………………………………………………….۱۲۵
۱-۳-۷-۳-عملیات برداشت………………………………………………………………..۱۲۵
۱-۳-۷-۴-صفات اندازه‌گیری شده………………………………………………………..۱۲۶
فصل چهارم:نتایج و بحث…………………………………………………………………۱۳۰
گلخانه……………………………………………………………………………………….۱۳۱
۱-ارتفاع گیاه……………………………………………………………………………….۱۳۲
۲-طول سنبله……………………………………………………………………………….۱۳۵
۳-تعداد پنجه گیاه……………………………………………………………………………۱۳۸
۴-سطح برگ پرچم…………………………………………………………………………۱۴۱
۵-وزن خشک اندام هوایی………………………………………………………………….۱۴۴
۶-تعداد سنبله در گیاه………………………………………………………………………۱۴۷
۷-درصد تثبیت بیولوژیک نیتروژن……………………………………………………….۱۵۱
مزرعه………………………………………………………………………………….۱۵۴
۸-ارتفاع گیاه…………………………………………………………………………..۱۵۵
۹-طول سنبله…………………………………………………………………………..۱۵۸
۱۰تعداد پنجه در گیاه………………………………………………………………….۱۶۱
۱۱-سطح برگ پرچم…………………………………………………………………..۱۶۳
۱۲-تعداد سنبله درواحد سطح…………………………………………………………۱۶۷
۱۳-تعداد دانه در سنبله…………………………………………………………………۱۷۰
۱۴-عملکرد دانه…………………………………………………………………………۱۷۳
۱۵-بیوماس………………………………………………………………………………۱۷۷
۱۶-شاخص برداشت…………………………………………………………………….۱۸۱
۱۷-وزن هزاردانه……………………………………………………………………….۱۸۴
۱۸-جذب نیتروژن………………………………………………………………………..۱۸۶
پیوست……………………………………………………………………………………..۱۹۰
منابع……………………………………………………………………………………….۱۹۱

شکر و سپاس  فراوان خدای را که به انسان قدرت تفکر عطا نمود و قران را روشنی بخش و هدایت گر راه انسان قرار داد و به انسان ارج نهاد .
بدین وسیله از زحمات دلسوزانه و راهنماییهای ارزنده اساتید و دوستان گرانقدر که بدون کمک آنها انجام این امر غیر ممکن می نمود،تشکر و سپاسگزاری می نمایم:

-جناب آقای دکتر محمدرضا اردکانی، استاد راهنمای محترم که به واقع اگر لطف و کمک ایشان نبود انجام این مهم محقق نمی شد.
-.جناب دکتر فرامرز مجد، استاد راهنمای محترم.
-جناب دکتر هادی اسدی رحمانی، استاد مشاور محترم که در طول دوره راهنماییهای دوستانه ایشان شامل حالم شد.
-جناب مهندس نصرا…ثاقب،استاد مشاور محترم.
که همواره از محضر علم و معرفت این بزرگان بهره ها برده ام و در طول اجرا و نگارش این تحقیق از محضرشان کسب فیض نموده و همواره مرهون الطاف بی شائبه این عزیزان بوده ام.
-جناب دکتر ضرغامی،ریاست محترم گروه کارشناسی ارشد زراعت،
که راهنماییها و ارشادات ایشان روشنی بخش دوران تحصیلات تکمیلی ام بود.
-جناب مهندس موسوی و مهندس تیموری،که راهنمایی و کمک این بزرگواران بسیار راهگشا بود.
جناب آقای شفیعی،دوست بزرگوارم که از تجربیات ایشان بسیار بهره بردم.
و
-جناب مهندس علی ملک ثابت،دوست و برادرم که در مرحله مرحله این پایان نامه پشتیبان و همراهم بود.نهایت قدردانی و سپاسگزاری می نمایم.
چکیده:

آزوسپریلوم به دلیل توان تثبیت نیتروژن مولکولی در ارتباط همیاری با گیاهان مهم زراعی مانند انواع غلات و همینطور تولید هورمونهای محرک رشد گیاه در سالهای اخیر به عنوان یک کود بیولوژیک مورد توجه قرار گرفته است.به همین دلیل تحقیق در مورد میزان فعالیت سویه های باکتری با ارقام مختلف گندم هدف این بررسی قرار گرفت:
به منظور تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم،دو آزمایش در سه بخش آزمایشگاه، گلخانه و مزرعه طی مدت دو سال پژوهش انجام گردید
الف)جداسازی،تکثیرو تولید مایه تلقیح سویه های آزوسپریلوم در شرایط آزمایشگاه
ب)بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم با ارقام طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم با استفاده از تکنیکN15
ج) بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم و تاثیر کاربرد آنها بر عملکرد و برخی صفات زراعی در سه رقم طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم.
الف)در این تحقیق ۸۰ نمونه خاک ریزوسفری و غیر ریزوسفری  ار اراضی تحت کشت گیاهان مختلف زراعی تهیه گردید و برای جداسازی آزوسپریلوم ابتدا رقتهای خاک در محیط نیمه جامد اکن کشت داده شدند و بر روی محیط RC کلونیهای ریز قرمز رنگ به عنوان آزوسپریلوم خالص سازی  شده اند و تحت آزمایشهای  ترشح هورمون اکسین و توان حل کنندگی فسفر آلی و معدنی قرار گرفتند.
ب) دو فاکتور،آزوسپریلوم در ۵ سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و ۴ سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54    و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کاملا تصادفی در ۴ تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.
به منظور بررسی تثبیت نیتروژن از ایزوتوپ پایدار ۱۵N استفاده شد.
نتایج حاصله نشان داد که بین سویه های مختلف آزوسپریلوم و هم بین ارقام مختلف گندم از نظر تاثیر بر سطح برگ پرچم.وزن خشک اندام هوایی،تعداد سنبله ،طول سنبله و Ndfa اختلاف معنی داری در سطح ۱% وجود دارد.در بین ازقام مختلف گندم ارتفاع گیاه در سطح ۵%معنی دار و تعداد پنجه معنی دار نشده است و همچنین در بین سویه های آزوسپریلومی ارتفاع گیاه معنی دار نگردیده است.
ارقام گندم به دلیل اختلاف فاحش ژنتیکی و نیز سویه های آزوسپریلومی به دلیل تفاوتهای برقراری همیاری با هم اختلافاتی را دارند.
بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی  لاین موتانت و Az.21    بوده است.
ج) دو فاکتور،آزوسپریلوم در ۵ سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و ۴ سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54    و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کامل تصادفی در ۴ تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.
بین کاربرد ارقام مختلف گندم و سویه های مختلف آزوسپریلوم در تمامی صفات زراعی بجز تعداد پنجه در سطح ۱% اختلاف معنی داری مشاهده شد.
بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی  لاین موتانت و AZ.21    بوده است.
بنابراین با توجه به نتایج بدست آمده از کلیه آزمایشات انجام شده فوق می توان چنین اظهار داشت که کاربرد آزوسپریلوم می تواند بسیار مفید در عملکرد و جذب عناصر غذایی و نیز نقش مهمی در کاهش کودهای شیمیایی داشته باشد.البته باید در گزینش سویه های آزوسپریلوم دقت لازم مبذول شود زیرا بین سوشها اختلاف معنی داری از نظر برقراری همیاری وجود دارد.
مقدمه:
گرچه استفاده از کودهای بیولوژیک در کشاورزی از قدمت بسیار زیادی برخوردار است و در گذشته نه چندان دور تمام مواد غذایی مورد مصرف انسان با استفاده از چنین منابع ارزشمندی تولید می شده است ولی بهره برداری علمی از اینگونه منابع سابقه چندانی ندارد.اگرچه کاربرد کودهای بیولوژیک به علل مختلف در طی چند دهه گذشته کاهش یافته است ولی امروزه با توجه به مشکلاتی که مصرف بی رویه کودهای شیمیایی پدید آورده است،استفاده از آنها در کشاورزی مجددا مطرح شده است.بدون تردید کاربرد کودهای بیولوژیک علاوه بر اثرات مثبتی که بر کلیه خصوصیات خاک دارد،از جنبه اقتصادی،زیست محیطی و اجتماعی نیز مثمرثمر واقع شده و می تواند به عنوان جایگزینی مناسب و مطلوب برای کودهای شیمیایی باشد.در حال حاضر نگرشهای جدیدی که در ارتباط با کشاورزی تحت عنوان کشاورزی پایدار،ارگانیک و بیولوژیک مطرح می باشد به بهره برداری از چنین منابعی استوار است.(۲۵)
مصرف کود شیمیایی ازته برای افزایش تولید محصول تا آینده ای قابل پیش بینی ادامه خواهد داشت،ولی باید در جهت استفاده بیشتر از تثبیت بیولوژیک نیتروژن توسط میکروارگانیزمها نیز توجه بیشتری معطوف شود.
باکتری جنس Azospirillum که یکی از مهمترین باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن می باشد،با گیاهان تک لپه مختلفی از جمله گندم،برنج،ذرت،ارزن،چاودار و گراسهای علفی مانند پنجه مرغی،کالارگراس قادر به ایجاد همیاری است.(۵و۲و۳ارزانش)نتیجه این همیاری علاوه بر تثبیت نیتروژن مولکولی،تولید موادی چون سیدروفور،باکتری کشها و فیتوهورمونها می باشد که ماحصل ترشح تمام موارد ذکر شده افزایش توان جذب عناصر غذایی،توسعه سیستم ریشه ای و در نهایت افزایش عملکرد می باشد.(۱۰و۴و۶) تلقیح گیاهان با آزوسپریلوم علاوه بر ۳۵-۵ درصد افزایش عملکرد باعث کاهش مصرف کود ازته نیز می شود.(۷)تلقیح گیاه با این باکتری باعث افزایش طول ریشه های فرعی و تارهای کشنده،ارتفاع گیاه و همچنین جذب عناصر غذایی می شود.(۸)
از طرفی نیز گندم به عنوان مهمترین گیاه زراعی در کشور ما و در دنیا محسوب می شود.از مجموع ۲۷/۱۰میلیون هکتار اراضی سالانه در سال ۱۳۷۹، حدود ۰۱/۷ میلیون هکتار معادل ۲۷/۶۸ درصد به سطح غلات اختصاص داشته است.محصول گندم با ۷۵/۷۲ درصد رتبه اول را دارا می باشد.
لذا در این تحقیق تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های  مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام بومی،اصلاح شده و لاین موتانت با استفاده از تکنیک ایزوتوپ پایدار ۱۵N بررسی شد.
فصل اول:
کلیات
۱-کشاورزی پایدار:
تاکنون تعاریف بسیار متعددی توسط دانشمندان مختلف برای کشاورزی پایدار  ارائه شده است ولی به طور خلاصه می‌توان گفت کشاورزی پایدار را چنین تعریف نمود که عبارت است از نوعی سیستم کشاورزی که در آن با بکاربردن حداقل نهاده‌ها و عوامل مصنوعی و شیمیایی خارجی، بتوان عملکرد مطلوبی بدست آورد به نحوی که حداقل تأثیر سوء بر روی محیط‌زیست گذاشته شود. انجمن علوم زراعی آمریکا نیز در سال ۱۹۸۸ تعریفی را برای کشاورزی پایدار ارائه کرده است که کاربرد زیادی دارد. طبق این تعریف کشاورزی پایدار در درازمدت کیفیت محیط و منابع طبیعی را ارتقاء می‌دهد، غذا و پوشاک انسان را تأمین می‌کند، از نظر اقتصادی پویاست و همچنین کیفیت زندگی کشاورز و کل جامعه را افزایش می‌دهد. در واقع یک سیستم پایدار کشاورزی می‌بایست از نظر اکولوژیکی مطلوب، از نظر اقتصادی سودمند و از نظر اجتماعی موردقبول باشد. در این نوع کشاورزی تأکید بر روی حداکثر رساندن تولید نبوده بلکه بهینه بودن استفاده از پایدار نمودن تولید در یک دوره طولانی مدنظر می‌باشد (۱)
کشاورزی اصلی‌ترین فعالیت اقتصادی کشورهای فقیر دنیاست و پایداری این بخش برای توسعه کلی آنها حیاتی به شمار می‌رود. سیاستهای مناسب کشاورزی در ارتباط با تحقیق و تکنولوژی نقش مهمی در حفاظت و اصلاح توسعه کشاورزی پایدار می‌تواند ایفا کند (۱۹)طی چند دهه اخیر ضرورت استفاده از ارقام پرمحصول، نیاز به کودهای شیمیایی جهت تقویت خاک و نیز سموم شیمیایی جهت مبارزه با آفات را افزایش داده است، به طوری که امروز کلیه جنبه‌های تولیدات کشاورزی به طور فرآیندی به تزریق انرژی‌های کمکی وابسته شده است‌(19). بدون تردید این انرژی‌ها به طور نامحدود تأمین‌پذیر نخواهند بود، و ادامه تأمین آنها در سطح فعلی نیز میسر نیست و از طرفی به علت آلودگی محیط‌زیست و همچنین افزایش قیمت این نهاده‌ها و بهره‌برداری از انرژی‌های به اصطلاح درونی به جای اتکاء به نهاده‌های خارجی از اولویت خاصی برخوردار بود (۱۷) و برای افزایش کارآیی یا باید نهاده‌های ورودی مانند کود، علف‌کش، حشره‌کش، عملیات تهیه زمین و غیره را کاهش داد یا عملکرد زراعی را بالا برد(۱۸).
افزایش عملکرد محصولات کشاورزی در طی سه دهه گذشته با تخریب محیط‌زیست و پیدایش مشکلاتی مانند فرسایش خاک، آلودگی ناشی از کودهای شیمیایی و آفت‌کشها، خسارت به منابع آبی و کاهش تنوع زیستی گیاهی و جانوری در دنیا و کشور ما همراه بوده است (۲۵). بنابراین نظام زراعی کشاورزی کم‌نهاده (LISA) به عنوان یک هدف جهت دستیابی به ماکزیمم تولید در یک دوره کوتاه‌مدت همانند نظامهای متداول نیست بلکه هدف آن دست‌یابی به یک سطح ثباتی از تولید برای درازمدت و سازگاری محیطی به نهاده‌های کم‌انرژی و مقادیر کمی مواد شیمیایی هست(۲۶).
در اکوسیستم‌های طبیعی، بخش قابل توجهی از انرژی رایج در آن اکوسیستم در مسیر زنجیره‌ ریزه‌خواری و با کمک میکروارگانیسم‌های خاک جریان دارد ولی در نظامهای کشاورزی فشرده به دلیل اتکای کامل به نهاده‌های شیمیایی از یک طرف و برداشت کلیه اندامهای گیاهی از طرف دیگر، جمعیت این موجودات در خاک به شدت کاهش یافته و به این جهت برای حفظ حداکثر تولید، بر مصرف کودهای شیمیایی روز‌به‌روز افزوده می‌شود(۱۹).

۱-۱- کودهای بیولوژیک:
در خصوص عوامل مؤثر در برقراری پایداری در سیستم‌های زراعی، یکی از مهمترین مواردی که امروزه از جایگاه ویژه‌ای برخوردار گشته و تحقیقات زیادی نیز بر روی آن انجام گیرد، استفاده از برخی از میکروارگانیسم‌های مفید است که هم‌زیستی آنها با گیاهان تأمین‌کننده عناصر غذائی و رشد بهتر آنها می‌باشد که اصطلاحاً به آنها کودهای بیولوژیک گفته می‌شود. گرچه استفاده از کودهای بیولوژیک در کشاورزی از قدمت بسیار زیادی برخوردار است و در گذشته‌ نه چندان دور تمام مواد غذائی مورد مصرف انسان با استفاده از چنین منابع ارزشمندی تولید می‌شده است ولی بهره‌برداری علمی از این‌گونه منابع سابقه چندانی ندارد. اگرچه کاربرد کودهای بیولوژیک به علل مختلف طی چند دهه گذشته کاهش یافته است ولی امروزه با توجه به مشکلاتی که مصرف بی‌رویه کودهای شیمیایی بوجود آورده است، استفاده از آنها در کشاورزی مجدداً مطرح شده است. بدون تردید کاربرد کودهای بیولوژیک علاوه بر اثرات مثبتی که بر کلیه خصوصیات خاک دارد، از جنبه‌های اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی نیز مثمرثمر واقع شده و می‌تواند به عنوان جایگزینی مناسب و مطلوب برای کودهای شیمیایی باشد. در حال حاضر نگرشهای جدیدی که در رابطه با کشاورزی تحت عنوان کشاورزی ارگانیک، بیولوژیک و یا پایدار مطرح می‌باشد، بر بهره‌برداری از چنین منابعی استوار است.
کودهای بیولوژیک منحصراً به مواد آلی حاصل از کودهای دامی، بقایای گیاهی و غیره اطلاق نمی‌شود بلکه تولیدات حاصل از فعالیت میکروارگانیسم‌های کود در ارتباط تثبیت نیتروژن و یا فراهمی فسفر و یا عناصر غذائی در خاک فعالیت می‌کنند را نیز شامل‌ می‌شود (۱)

۱-۲. استفاده از میکرو‌ارگانیزم‌ها به عنوان کود بیولوژیک:
کودهای بیولوژیک یا کودهای میکروبی شامل موادی هستند (جامد، مایع یا نیمه‌جامد) که حاوی یک یا چندگونه میکروارگانیزم خاص بوده که از طریق تأمین بخشی از یک عنصر موردنیاز گیاه کمک می‌کند. میکروارگانیزم‌های مورد استفاده برای تهیه کودهای بیولوژیک از خاک منشاء می‌گیرند و در اغلب خاکها حضور فعال دارند. معهذا در بسیاری موارد کمیت و کیفیت آنها در حد مطلوب نیست و به همین دلیل استفاده از مایه تلقیح آنها ضرورت پیدا می‌کند. در این قبیل کودهای میکروبی تراکم جمعیت سلولی در حدی است که می‌تواند تا بیش از یک میلیون سلول زنده را برای هر دانه تلقیح شده با آن فراهم کند در حالی که به طور طبیعی چنین تعدادی به خصوص در حوزه فعالیت سیستم ریشه‌ای گیاه، حضور ندارند. عوامل زیر می‌تواند موجب تشدید کمبود یا دلیل نبودن ارگانیزم موردنظر درخاکهای یک منطقه باشند: (۱).
الف- تنشهای محیطی بلندمدت مانند خشکی، غرقاب، حرارت زیاد و یخبندان.
ب- استفاده زیاد و مکرر از سموم شیمیایی به منظور مبارزه با بیماریها.
ج- در مورد انواع همزیست با گیاهان، عدم حضور گیاه میزبان مناسب به مدت طولانی و یا وارد کردن گونه واریته‌ خاص از یک گیاه غیربومی.

اولین مرحله تولید هر مایه تلقیح، جمع‌آوری و بررسی سویه‌های مختلف به منظور انتخاب انواعی است که بالاترین پتانسیل را از نظر انجام فرآیند موردنظر و در ضمن بهترین توان تحمل را به شرایط اقلیم و خاک مورد استفاده و همین‌طور بیشترین سازگاری را با گونه و واریته گیاه زیر کشت در آن منطقه داشته باشد. مرحله بعد، تکثیر سویه انتخاب‌شده روی محیط غذائی اختصاصی و سپس نگهداری روی یک ماده حامل  مناسب است که قادر به حفظ و نگهداری آن از زمان تولید تا هنگام مصرف (معمولاً حدود یک‌سال)، به طور زنده و فعال به تعدادی در حد استانداردهای تعیین شده (حداقل   تا   سلول زنده در هر گرم از ماده حامل) باشد. (۱۰)
۱-۳- انواع کودهای بیولوژیک:
رایج‌ترین این کودها با استفاده از ارگانیزم‌های مربوط به گروه‌های زیر تهیه می‌شود (۱۰)
الف- قارچ‌های میکوریزا
ب- باکتریهای تثبیت‌کننده نیتروژن مولکولی (دی‌ازوتروف)
ج- میکروارگانیزم‌های حل‌کننده فسفات.
د- باکتریهای ریزوسفری محرک رشد گیاه
ه- میکروارگانیزم‌های تبدیل‌کننده مواد آلی زائد به کمپوست.
و- کرمهای خاکی تولیدکننده ورمی کمپوست.
۲-اهمیت گندم:
غلات از اولین غذاهای شناخته‌شده بشر بوده که از زمانهای بسیار دور تاکنون همواره نقش مهمی در اقتصاد و تغذیه مردم دنیا داشته است و به همین علت سمبل غلات یعنی گندم و نان حاصل از آن همواره در میان مذاهب و فرهنگهای کشورهای دنیا مقام والا و ارزنده‌ای داشته و خواهد داشت    (28)
حدود ۶۰ درصد سطح مزارع جهان را غلات تشکیل می‌دهند که از این مقدار ۳۳ درصد به کشت گندم اختصاص دارد. گندم اصلی‌ترین منبع کالری و پروتئین انسان می‌باشد، و ویژگی مهم این گیاه قابلیت کشت در شرایط متنوع آب و هوائی است. گفته می‌شود که در دنیای امروز تولید گندم همپایه تولید نفت محسوب می‌شود و کاربردی استراتژیک دارد (۱۳و۲۸)
در دنیای امروز، گندم، محصول عمده غذایی به شمار می‌رود، با وجود تولید مقادیر متنابهی گندم و با توجه به ذخیره‌سازی این محصول، بازهم در جهان فقر غذایی مشاهده می‌شود. موادغذائی حاصل از گیاهان به ترتیب بیش از ۸۰ و ۹۰ درصد کالری مصرفی در دنیا و ایران را تأمین می‌کنند که در کشور ما حدود ۶۴ درصد آن از غلات بدست می‌آید (۱۳)

از نظر ارزش غذائی گندم یک منبع غذائی عالی به شمار می‌آید، و اگرچه دانه آن فاقد برخی از اسیدآمینه ضروری (به ویژه لیسین) است، ولی نشاسته و پروتئین آن را به راحتی قابل هضم می‌باشد و دانه آن دارای مواد معدنی شامل پتاسیم، فسفر، کلسیم، آهن و گوگرد و ویتامینها شامل   و  ،  ، نیاسین، اسیدپانتوتنیک، E و چربیها و مواد قندی شامل گلوکز، فورکتوز، مالتوز، ساکاروز، رافینوز و ملی‌بیوز است و هنگامی که محصولات تبدیلی‌ آن با مقادیر مختصر پروتئین حیوانی تکمیل می‌شود، ارزش غذائی بالایی پیدا می‌کند (۲۲۸)
و به دلیل وجود بافت همبندی گلوتن در گندم، خاصیت نانوایی آن دارای ارزش بسیار زیادی است و همین صفت است که آرد گندم را ممتاز چمی‌نماید (۱۴ گلوتن پروتئینی است که فقط در گندم و به مقدار کمتر در چاودار یافت می‌شود و بقیه غلات فاقد آن می‌باشند. ساقه و کاه گندم برای تغذیه دامها ونیز برای صنعت کاغذسازی و پوشش سقف ساختمانها به کار می‌رود و در اکثر روستاها به عنوان کاه و تقویت زمینهای زراعتی مورد استفاده زارعین قرار می‌گیرد (۱۴و۲۸).

۲-۱تاریخچه و پیدایش گندم:
برای تک‌تک غلات تاریخچه کاملاً صحیح و روشنی در دست نیست. ولی آنچه مسلم است در قدیم‌الایام غلات را به صورت وحشی کشت می‌کرده‌اند. تصور می‌گردد عمر کشت و کار برای گندم و جو را ۱۰۰۰۰ سال می‌باشد که براساس گندم‌هایی که در حفاریهای ژارمو  نزدیک سلیمانیه عراق بدست آمده این عمر را به دست آورده‌اند.
چینی‌های قدیم کشت و کار گندم را در ۲۷۰۰ سال قبل از میلاد گزارش کرده‌اند. تئوفراستوس  یونانی در ۳۰۰ سال قبل از میلاد به انواع مختلف گندم در حوالی دریای مدیترانه کشت می‌شده، اشاره کرده است (۱۳و۱۷).
۲-۲. وضعیت کشت گندم در جهان:
طبق آمار سازمان خواربار جهانی (FAO) سطح زیر کشت جهانی گندم در سال ۲۰۰۱ حدود ۲۱۷۹۳۱ میلیون هکتار بوده است و تولید آن در این سال به ۶۲۱۷۱۲ میلیون تن بالغ می‌گردد.
سطح زیر کشت گندم در جهان در طی سالهای ۱۹۸۸ تا ۲۰۰۰ میلادی از ۲۱۷ میلیون هکتار تا ۲۱۳ میلیون هکتار متغیر بوده است، اگرچه سطح زیر کشت آن طی سالهای اخیر کاهش یافته و در سال ۲۰۰۰ میلادی به حداقل میزان در ۱۰ سال اخیر کاهش یافته است، میزان تولید گندم در جهان در سالهای ۱۹۸۸ تا ۲۰۰۰ میلادی بین ۶۱۰-۵۰۰ میلیون تن متغیر می‌باشد که در سال ۱۹۸۸ میلادی حداکثر مقدار خود یعنی ۶۱۰ میلیون تن را دارا بود، اما این میزان طی سالهای ۱۹۹۹ و ۲۰۰۰ میلادی به ترتیب به ۵۹۰ و ۵۸۷ میلیون تن کاهش یافته است، میزان عملکرد گندم در جهان طی سالهای مذکور همواره روبه افزایش بوده و میزان آن از ۲۲۹۷ کیلوگرم در هکتار در سال ۱۹۸۸ تا ۲۷۱۰ کیلوگرم در هکتار (در سال ۲۰۰۰) افزایش یافته که این امر مبین این است که علی‌رغم تغییرات در سطح کشت و نوسانات میزان تولید مقدار عملکرد عموماً روبه افزایش بوده است (۵)
در سال ۲۰۰۰ میلادی در میان کشورهای جهان، جمهوری خلق چین با سطح کشتی معادل ۲۹ میلیون هکتار به تنهایی حدود ۵/۱۳ درصد از سطح کشت گندم را به خود اختصاص داده و با تولید ۱۱۴ میلیون تن گندم یعنی ۵/۱۹ درصد تولید گندم در جهان، مقام اول را داشت، پس از کشور چین، کشورهای هلند با ۷/۲۶، آمریکا ۵/۲۱، روسیه با ۲۰ و کشورهای عضو اتحادیه اروپا با ۱۷ میلیون هکتار از نظر سطح زیر کشت در مقامهای بعدی قرار گرفتند. صادرکنندگان عمده گندم در سال ۲۰۰۰ میلادی به ترتیب کشورهای آمریکا با ۱/۱۵ درصد و آرژانتین با ۶/۹ درصد بیشترین سهم صادرات را در این سال به خود اختصاص می‌دادند، واردکنندگان عمده جهان در سال ۲۰۰۰ میلادی عبارت بودند از برزیل با ۲/۷ میلیون تن، ایران با ۵/۶ میلیون تن، ایتالیا با ۶ میلیون تن، ژاپن با ۶ میلیون تن، مصر با ۸/۵ میلیون تن، روسیه با ۲/۵ میلیون تن، مراکش با ۸/۲ میلیون تن و چین با ۲ میلیون تن. سطح زیر کشت گندم دوروم در جهان تقریباً ۳۰ میلیون هکتار است که حدود ۱۱ میلیون هکتار آن در کشورهای در حال توسعه می‌باشد، تولید گندم دوروم در کشورهای جهان سوم سالیانه ۱۰ میلیون تن ارزیابی شده است، کشورهای حوزه مدیترانه تولیدکنندگان سنتی گندم دوروم هستند، در این کشورها غالباً تولید گندم به مصرف داخلی می‌رسد، بیشترین صادرات این تیپ گندم به آمریکا و کانادا اختصاص دارد(۵)
۲-۳- وضعیت کشت گندم در ایران:
میزان تولید گندم در نقاط مختلف ایران با توجه به سطح زیر کشت و متوسط عملکرد در کشورهای مختلف بسیار متغیر است این تغییرات به دلیل تنوع شرایط آب‌وهوایی، خاک، ارقام و تکنولوژی می‌باشد (۴)
براساس آمارنامه وزارت جهاد کشاورزی منتشره در مهرماه سال ۱۳۸۲، از حدود ۱۲/۱۲ میلیون هکتار محصولات سالانه کشت شده درسال ۱۳۸۱ حدود ۷۴/۸ میلیون هکتار معادل ۱۰/۷۲ درصد به کشت غلات اختصاص داشته است که از این مقدار ۰۷/۴۳ درصد آن آبیاری گردیده و ۹۳/۵۶ درصد بقیه به صورت دیم بوده است. محصولات گندم ۴۴/۷۱ درصد، جو ۱۲/۱۹ درصد، شلتوک ۰۰/۷ درصد و ذرت دانه‌ای ۴۴/۲ درصد سهم در کشت غلات را داشته‌اند. از ۲۸ استانی  که غلات در آنها کشت گردیده است، استانهای خراسان، خوزستان و فارس به ترتیب با ۱۸/۱۰، ۹۰/۸ و ۳۲/۸ درصد سهم در کشت غلات بیش از ۲۷ درصد سهم در کشت این گروه از محصولات را به خود اختصاص داده‌اند. از مجموع ۱۸/۵۸ میلیون تن تولیدات زراعی در سال ۱۳۸۱-۱۳۸۰  مقدار        86/19 میلیون تن معادل ۱۴/۳۴ درصد سهم غلات بوده است که ۳۲/۷۳ درصد آن از مزارع آبی و ۶۸/۲۶ درصد بقیه از کشت دیم حاصل شده است.
از تولید ۸۶/۱۹ میلیون تن غلات در سال یاد شده، گندم ۶۹/۶۲ درصد، جو ۵۳/۱۵ درصد، شلتوک ۵۴/۱۴ درصد و ذرت دانه‌ای ۲۴/۷ درصد سهم در تولید غلات را داشته‌اند. بیش از   غلات در سه استان فارس، خوزستان و خراسان تولید شده است.  در بین استانها، فارس با ۲۲/۱۴ درصد سهم در تولید غلات در رتبه اول و هرمزگان با ۳۳/۰ درصد سهم در تولید این گروه در جایگاه آخر قرار گرفته است.
سطح زیر کشت گندم کشور حدود ۲۴/۶ میلیون هکتار برآورد شده است که ۷۶/۳۶ درصد‌ آن آبی و ۲۴/۶۳ درصد به صورت دیم است. میزان تولید گندم کشور حدود ۴۵/۱۲ میلیون تن برآورد شده است که ۱۲/۶۶ درصد آن از کشت آبی و مابقی (۸۸/۳۳ درصد) از کشت دیم بدست آمده است. استان فارس علی‌رغم رتبه سوم از نظر سطح با ۶۵/۱۳ درصد از تولید گندم کشور در جایگاه نخست قرار گرفته و استانهای خوزستان، خراسان، گلستان، کرمانشاه و همدان به ترتیب با ۵۲/۱۱، ۰۳/۱۰، ۹۹/۶، ۳۹/۶ و ۳۶/۵ درصد از تولید گندم کشور در مقام‌های دوم تا ششم قرار دارند. شایان ذکر است که حدود ۵۴ درصد از گندم کشور در شش استان مذکور تولید شده است و سهم سایر استانها ۴۶ درصد بیشتر نیست. گیلان با سهم ۱۲/۰ درصد در تولید گندم کشور در رتبه آخر قرار گرفته است.
عملکرد گندم آبی کشور ۳۵۸۹ کیلوگرم و عملکرد گندم ۱۰۶۹ کیلوگرم در هکتار بوده است. بیشترین عملکرد آبی گندم با ۴۵۷۹ کیلوگرم در هکتار متعلق به استان فارس و کمترین آن با ۱۹۲۴ کیلوگرم در هکتار به استان سیستان و بلوچستان تعلق دارد. استانهای مازندران و هرمزگان نیز به ترتیب با متوسط تولید ۲۴۰۹ و ۳۴۹ کیلوگرم در هکتار در بین استانهای گندم دیم‌کار کشور در جایگاه نخست و آخر قرار گرفته‌اند (۳۰)
۲-۴- وضعیت کشت گندم در استان تهران:
از حدود ۱۴۳ هزار هکتار سطح زیر کشت محصولات زراعی در استان تهران ۸۶۴۴۴ هکتار آن زیر کشت غلات می‌باشد و از این مقدار ۴۴۹۱۸ هکتار آن زیر کشت گندم قرار گرفته است  (43926 هکتار آبی، ۹۹۲ هکتار دیم).
میزان تولید محصولات زراعی در استان تهران ۲۱۷۸۵۶۲ تن می‌باشد که از این مقدار ۳۴۸۶۶۶ تن سهم غلات می‌باشد و از این مقدار نیز ۱۹۱۶۲۶ تن سهم  گندم می‌باشد (۱۹۰۹۵۲ تن آبی و ۶۷۴ تن دیم).  عملکرد گندم در استان تهران در آبی ۴۳۴۷ کیلوگرم در هکتار و در دیم ۶۷۹ کیلوگرم در هکتار می‌باشد (۳۰)

۲-۵- شرایط آب‌وهوایی گندم:
گندم هر ساله نسبت به سایر گیاهان زراعی بیشتر تولید می‌شود. گندم اصلی‌ترین منبع کالری و پروتئین است (۱۱). و در شرایط متنوع از نظر رطوبت و درجه حرارت کشت می‌شود. مناطق اصلی کشت گندم در دنیا بین عرض‌های ۳۰ تا ۵۵ درجه معتدل شمالی و ۲۵ تا ۴۰ درجه معتدل جنوبی واقع شده است و این مناطق دارای بارندگی بین ۳۰ تا ۱۱۴ سانتی‌متر می‌باشد (۱۰).
قسمتهایی از دنیا که گرم و حاره‌ای می‌باشد فاقد گندم است (۱۰). گندم‌های مناطق مرطوب‌تر دنیا معمولاً نرم و نشاسته‌ای هستند و گندم‌های مناطق خشک‌تر معمولاً سخت‌تر می‌باشند. گندم‌های بهاره در جاهایی کاشته می‌شوند که زمستانهای خشک و سردی دارند. گندم زمستانه در جاهایی کاشته می‌شود که گیاهان می‌توانند زمستان را تحمل کنند. بیشترین مقدار تولید گندم در کشورهایی با زمستانهای سرد و تابستانهای گرم صورت می‌پذیرد. مادامی که درجه حرارت زمستان کمتر از  20- درجه سانتی‌گراد نشود ولی هوا و خاک خشک باشد، گیاهان کمتر صدمه‌ می‌بینند. اما در درجه حرارت‌های پائین‌تر، محصولات زراعی صدمه می‌بینند مگر اینکه به وسیله برف یا مالچ محافظت شوند (۱۰)
پراکنش گندم و نوع گندم کشت شده در رابطه با درجه حرارت عمدتاً به وسیله طول دوره عاری از یخبندان، درجه حرارت حداقل زمستان، درجه حرارت در رابطه با متوسط طول روز در طی فصل رشد و درجه حرارت حداکثر بلافاصله قبل از برداشت تعیین می‌شود (۱۰).
برای رشد و نمو رضایت بخش دانه، فصل رشد سرد و مرطوب و به دنبال آن دوره ۶ تا ۸ هفته‌ای که هوا آفتابی ، خشک و گرم باشد با متوسط درجه حرارت ۱۸ تا ۱۹ درجه سانتیگراد برای رسیدن دانه لازم است (۱۰)
مناطق وسیع تولید گندم حاکی از آن است که پدیده‌های هواشناسی در مقیاس وسیع تأمین غذائی دنیا را تهدید نمی‌کند. نوسان مکرر و سالانه عملکرد حاکی است که در یک سال خاص عملکرد زیاد و عدم تولید در قسمتهای مختلف دنیا حادث می‌شود و تجارت بین‌المللی می‌تواند قحطی را تشکیل دهد (۱۱).

۲-۶- مرفولوژی گندم:
۲-۶-۱- ریشه:
سیستم ریشه‌ای گندم از نوع افشان است. سیستم ریشه‌ای در گندم شامل ریشه‌های بذری  و ریشه‌های نابجا  می‌باشد. در گندم ریشه‌های بذری (ریشه‌های اولیه) همراه با ریشه‌چه از محل گره اول (گره لپه‌ای) و گره دوم (گره کلئوپتیلی) در محل محور جنین دانه ظاهر می‌شوند.گره اول و دوم در داخل دانه باقی می‌مانند و به همین جهت ریشه‌های بوجود آمده از این گره‌ها را ریشه‌های بذری می‌نامند و خروج از خاک نیز حاصل طویل شدن میان‌گره دوم است.
ریشه‌های بذری در گندم شامل ریشه‌چه و ۷- ۱ عدد ریشه خارج شده از این دو گروه می‌باشند. ریشه‌های نابجا که به نام ریشه‌های گره‌ای، تاجی، ثانویه، اصلی، دائمی، یقه‌ای یا طوقه‌ای هم شناخته می‌شوند، دقیقاً در زیر سطح خاک و از محل گره‌های تحتانی ساقه گندم خارج می‌شوند. در گندم، در زیر سطح خاک، چند گره بدن رشد میان‌گره وجود دارد که یقه یا طوقه  را تشکیل می‌دهند و سبب ایجاد حلقه‌های پیاپی ریشه‌های نابجا می‌شوند و به همین جهت نیز ریشه‌های طوقی نام گرفته‌اند (۱۳و۱۸).
در ابتدای رشد، ریشه‌های بذری دارای اهمیت زیادی هستند، ولی با افزایش ریشه‌های دائمی، به تدریج از اهمیت آنها کاسته می‌شود و نقش ریشه‌های دائمی افزایش می‌یابد، هرچند که فعالیت خود را تا مرحله رسیدن محصول به صورتی بسیار ضعیف ادامه می‌دهند. اولین جفت ریشه دائمی از اولین گره ساقه اصلی، دومین حفت ریشه دائمی از دومین گره ساقه اصلی و …. ایجاد می‌شود. ریشه‌های دائمی حدوداً ۵- ۴ هفته بعد از رویش گندم ظاهر می‌شوند. در مقایسه با ریشه‌های بذری، ریشه‌های اصلی طویل‌تر، ضخیم‌تر، فعال‌تر و شاداب‌ترند (۱۳و۱۹).

۲-۶-۲- ساقه:
ساقه در گندم، راست، استوانه‌ای شکل، بدون انشعاب، معمولاً دارای گره‌های توپر و میان‌گره‌های توخالی است که این ساختمان ساقه، سوفاز  نام دارد. حالت توخالی و استوانه‌ای بدون وجود دستجات آوندی در ساقه گندم، علاوه بر اینکه موجب استحکام ساقه شده و آن را در مقابل ورس مقاوم می‌نماید، همچنین موجب صرفه‌جویی در انرژی گیاه و اختصاص هرچه کمتر ماده خشک به عملکرد غیراقتصادی می‌شود. طول ساقه تحت تأثیر عوامل ژنتیکی و محیطی است. طول ساقه بستگی زیادی به طول میان‌گره‌ها، تعداد میان‌گره‌ها و شرایط محیطی مثل نور، رطوبت، دما و موادغذائی (از جمله ازت) دارد. در گندمهای پاکوتاه ارتفاع ساقه ۶۰-۵۰ سانتی‌متر و در ارقام پابلند تا ۱۵۰-۱۴۰ سانتی‌متر متغیر است. طویل شدن ساقه با طویل شدن ۶-۵ میان‌گره فوقانی انجام می‌گیرد. اولین میان‌گره که شروع به طویل شدن می‌کند میان‌گره پائینی است که بر روی گره انشعاب وجود دارد، و اندکی بعد از آن به ترتیب دومین و سومین میان‌گره شروع به طویل شدن می‌کنند. طول میان‌گره از پائین به طرف بالا افزایش می‌یابد به طوری که پائین‌ترین میان‌گره از همه کوتاه‌تر ولی دارای دیواره ضخیم و بالاترین میان‌گره (پایک ) از بقیه طویل‌تر است (۴).
طول ساقه در موقعی که شرایط محیطی از نظر درجه حرارت و رطوبت مناسب‌تر باشد در مقایسه با شرایط نامساعد بلندتر است، حداقل درجه حرارت موردنیاز برای این مرحله ۴ درجه سانتی‌گراد، مطلوب آن ۱۶-۱۰ درجه سانتی‌گراد و حداکثر درجه حرارت ۲۰ درجه سانتی‌گراد بیان شده است (۱۶ و ۱۷)

۲-۶-۳ پنجه :
در گندم حدود ۴-۳ هفته بعد از جوانه‌زنی، ساقه فرعی یا پنجه‌ها، از طوقه ظاهر می‌گردند و مرحله‌ای که در آن پنجه‌ها تشکیل می‌گردند را مرحله پنجه‌زنی  می‌نامند. پنجه‌ها در حقیقت انشعاب ساقه از محل گره‌های طوقه‌ای می‌باشند. بنابراین طوقه که در منطقه بین بخش هوایی و زیرزمینی می‌باشد از تعدادی گره تشکیل شده که نقش‌های حیاتی متعددی از جمله تشکیل ریشه‌های اصلی، پنجه‌ها، ذخیره مواد غذائی و همچنین رویش دوباره را به عهده دارد. پنجه‌ها در یک گیاه، به طور متوالی و به ترتیب: اول، دوم، سوم و …. به وجود می‌آیند. بیشترین پنجه‌ها در مرحله پنجه‌زنی تشکیل می‌شوند. در مرحله ساقه رفتن نیز پنجه‌زنی متوقف می‌گردد. قدرت پنجه‌زنی در گندم بستگی به عوامل متعددی مثل ژنوتیپ و عوامل محیطی نظیر تراکم، نور، تاریخ کاشت، درجه حرارت و … دارد     (1).
حداقل دمای مورد نیاز برای تشکیل گره و پنجه‌زنی ۴ درجه سانتی‌گراد مطلوب آن ۱۴- ۸ درجه سانتی‌گراد و حداکثر دما در این مرحله ۲۵-۲۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد (۱۶و۱۷).

۲-۶-۴- برگ:
هرچند تعداد آغازه‌های اولیه برگ  یا جوانه‌های تولید برگ که بعد از جوانه‌زنی به وجود می‌آیند بین ۱۵-۷ عدد متغیرند ولی همه این جوانه‌ها به برگ تبدیل نمی‌شوند. بر روی هر ساقه گندم معمول