مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)

تأثیر میدان مغناطیسی بر برخی صفات فیزیولوژیک و جوانه‌زنی بذور گیاه زراعی گلرنگ و چهار گونه علف هرز مهم آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس

2 هیئت علمی دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس تهران

3 کارشناس گروه بیماری شناسی دانشگاه تربیت مدرس

4 دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

براساس آزمایش‌های انجام شده میدان الکترومغناطیسی یک نوع تنش محسوب می‌شود که می‌تواند به طور مستقیم یا غیر مستقیم گیاه را تحت تأثیر قرار دهد. لذا برای مطالعه‌ی تأثیر میدان مغناطیسی روی بذور گیاه زراعی گلرنگ(Carthamus tinctorious) رقم گلدشت و چهار گونه علف هرز مهم آن شامل تاج‌خروس(Amaranthus spp.)، خرفه(Portuloca oleracea)، یولاف وحشی(Avena fatua) و سلمه‌تره(Chenopodium album) آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار در میدان مغناطیسی 10 و 20 میلی تسلا به مدت زمان 4 ساعت، روی بذور فوق الذکر به صورت تر و خشک اعمال گردید. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که میدان مغناطیسی 10 میلی تسلا در بذرهای خشک و تر تمام گیاهان مورد آزمایش سبب افزایش پارامترهای جوانه‌زنی (درصد جوانه‌زنی، سرعت جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و طول ساقه‌چه) و همچنین افزایش وزن خشک گیاهچه، شاخص طولی و شاخص وزنی بنیه‌ی گیاهچه گردید. میدان 20 میلی تسلا باعث کاهش پارامترهای جوانه‌زنی در گیاهان مورد آزمایش شد. تأثیر میدان مغناطیسی روی بذور گیاه خرفه و تاج خروس نسبت به سایر گیاهان مورد آزمایش به ترتیب کمتر و بیشتر بود. همچنین کاربرد میدان مغناطیسی سبب افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی-اکسیدان (کاتالاز، پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز) وکاهش محتوی مالون‌دی‌آلدئید گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Magnetic field effects on physiological traits and seed germination of safflower crop and its four important weed species

چکیده [English]

According to other experiments, electromagnetic field is considered as kind of tension that can affect directly or indirectly on plants. Thus, an experiment was conducted as completely randomized design arrangement in a factorial with three factors including 5 plant seeds [crop seeds of safflower (Carthamus tinctorious) cultivar Goldasht and four species of weeds include pigweed (Amaranthus spp.), Portulaca (Portuloca oleracea), wild oat (Avena fatua), and Chenopodium (Chenopodium album)], magnetic field intensity (10 and 20 milli tesla for 4 hours), and seed status (wet and dry) to study the effect of magnetic field on mentioned plants seeds. The results of this experiment showed that magnetic field 10 milli tesla increased germination traits (germination percentage, germination speed, length of root and shoot), weight and length vigor, and seedling dry weight. Magnetic field 20 mili tesla decreased germination parameters in examined plants. Magentic field had lower and higher effect on portuloca and amaranthus seeds in relative to the other plants seeds. Also, application of the magnetic field increased the activity of antioxidant enzymes (catalase, peroxidase and superoxide dismutase) and reduced of malondialdehyde content in all seedlings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • magnetic field
  • Germination
  • Morphology
  • Antioxidant enzymes

تأثیر میدان مغناطیسی بر برخی صفات فیزیولوژیک و جوانه‌زنی بذرهای گیاه زراعی گلرنگ و چهار گونه علف هرز مهم آن

الهام وثیقه شمس‌آبادی1، سید علی محمد مدرس ثانوی1، سید مرتضی مدرس وامقی2 و حامد کشاورز1

1 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده کشاورزی، گروه زراعت 

2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده کشاورزی، گروه بیماری‌شناسی 

تاریخ دریافت: 25/8/94        تاریخ پذیرش: 1/10/95 

چکیده

بر اساس آزمایش‌های انجام شده میدان الکترومغناطیسی یک نوع تنش محسوب می­شود که می­تواند به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم گیاه را تحت تأثیر قرار دهد. لذا برای مطالعة تأثیر میدان مغناطیسی روی بذرهای گیاه زراعی گلرنگ
(Carthamus tinctorious) رقم گلدشت و چهار گونه علف هرز مهم آن شامل تاج­خروس (Amaranthus spp.)، خرفه(Portuloca oleracea)، یولاف وحشی(Avena fatua)  و سلمه­تره (Chenopodium album) آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار در میدان مغناطیسی 10 و 20 میلی تسلا به مدت زمان 4 ساعت، روی بذرهای یادشده به صورت تر و خشک اعمال گردید. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که میدان مغناطیسی 10 میلی تسلا در بذرهای خشک و تر تمام گیاهان مورد آزمایش سبب افزایش پارامترهای جوانه­زنی (درصد جوانه‌زنی، سرعت جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و طول ساقه‌چه) و همچنین افزایش وزن خشک گیاهچه، شاخص طولی و شاخص وزنی بنیة گیاهچه گردید. میدان 20 میلی تسلا باعث کاهش پارامترهای جوانه­زنی در گیاهان مورد آزمایش شد. تأثیر میدان مغناطیسی روی بذرهای گیاه خرفه و تاج خروس نسبت به سایر گیاهان مورد آزمایش به‌ترتیب کمتر و بیشتر بود. همچنین کاربرد میدان مغناطیسی سبب افزایش فعالیت آنزیم­های آنتی­اکسیدانتی (کاتالاز، پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز) و کاهش محتوای مالون­دی­آلدئید گردید.

واژه‌های کلیدی: آنزیم­های آنتی­اکسیدان، جوانه­زنی، فیزیولوژی میدان مغناطیسی

*نویسنده مسئول: تلفن تماس، 02148292095 ، پست الکترونیکی: modaresa@modares.ac.ir 

مقدمه

 

میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی با شدت متغیر می‌توانند با تحریک گیرنده­های مغناطیسی بذر‌ها سبب افزایش درصد جوانه‌زنی، پارامترهای رشد و در نهایت عملکرد آنها شوند. بررسی‌ها نشان می­دهد، سطوح مختلف شدت میدان مغناطیسی می‌تواند روی بسیاری از ارقام گیاهی اثر تحریک کننده داشته باشد، با توجه به اثرات بسیار مهم و مثبت میدان مغناطیسی بر پارامترهای فیزیولوژیک و مورفولوژیک، ضرورت تحقیق و مطالعه بیشتر در این مورد در کشورمان ضروری می‌باشد (5، 7 و 8).

بر اساس آزمایش‌های انجام شده میدان‌های مغناطیسی یک نوع تنش محسوب می‌شود که می‌تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم گیاه را تحت تأثیر قرار دهد. نشان داده شده است که قراردادن بذر‌های چغندرقند در میدان‌های الکتریکی سبب افزایش وزن ریشه (94 درصد)، سطح برگ (حدود 52/0 درصد) و مقدار قند در چغندر (حدود 7/0 درصد) می­شود (15). همچنین افزایش 5 تا 25 درصدی در عملکرد سویا و افزایش 2/13 تا 3/17 درصدی در مقدار چربی و پروتئین دانه­ی آفتابگردان تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی قرار گرفته ­است (6). تیمار بذر پنبه قبل از کاشت با ولتاژ بالا (30 کیلو ولت در 30 ثانیه) باعث افزایش وزن هر دانه و همچنین عملکرد دانه­ی پنبه شده است (8). در آزمایش دیگری با استفاده از ولتاژ بالا باعث زود­رسی ارقام پنبه شد(10). همچنین با ایجاد شوک مغناطیسی روی بذر‌های ارقام مختلف پنبه قبل از کاشت، چسبندگی و برخی صفات الیاف پنبه در منطقه­ای از ترکیه مورد آزمایش قرار گرفت که نتایج تحقیقات پس از دو سال نشان داد که ایجاد شوک مغناطیسی تحت این شرایط معنی­دار نبوده و ایجاد شوک از طریق اعمال میدان الکتریکی باعث کاهش میزان چسبندگی در بذر‌های تیمار شده نسبت به بذر‌های شاهد گردید (16).

نتایج نشان داده­اند که برای قرارگیری بذر لوبیا در میدان الکتریکی بر نتایج حاصل از آزمایش مؤثر است، به همین دلیل برای رسیدن به نتیجه­ی مطلوب باید در طول مدت آزمایش برای قرارگیری بذر‌ها در میدان ثابت باشد. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که طول ریشه و ارتفاع ساقه در شدت میدان مغناطیسی 25 کیلو ولت بر متر در مقایسه با سایر شدت‌های میدان مغناطیسی و شرایط کنترل شده (عدم کاربرد شدت میدان) بیشترین افزایش را داشته است و ارتفاع ساقه در بذر‌هایی که در معرض شدت جریان قرار گرفته بودند بلندتر از بذرهایی بود که در آنها از میدان الکتریکی استفاده نشده بود (13).

اثرات میدان‌های مغناطیسی روی قدرت جوانه‌زنی و وسعت رشد بوته­ی دو رقم لوبیا در سه سطح (بدون تیمار، قرار دادن بذر در میدانی با شدت 30 میلی­تسلا برای مدت 15 ثانیه و قرارگیری بذر در میدانی با شدت 85 میلی­تسلا برای مدت 15 ثانیه) مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج بدست آمده از این آزمایش تأثیر معنی‌دار این میدان بر قدرت جوانه‌زنی و رشد بوته را نشان داد، همچنین افزایش معنی­داری در عملکرد بذرهای تیمار شده مشاهده گردید (20). اثر معنی­دار میدان مغناطیسی با شدت 15 تسلا بر قدرت جوانه‌زنی بذرهای توتون گزارش شده است (3). اثر میدان الکتریکی نیز بر بذر‌های سیب‌زمینی باعث رشد و عملکرد گیاه شده، در نتیجه افزایش تعداد و کیفیت چشم‌های موجود در غده‌ها را دربرداشت (21).

 تأثیر میدان مغناطیسی بر درصد جوانه‌زنی، عملکرد و درصد پروتئین گندم مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که تأثیر میدان بر عملکرد محصول معنی­دار می‌باشد (19). مطالعات انجام شده روی جوانه‌زنی گندم، تریتیکاله، ذرت و سویا نشان داد که میدان‌‌های الکترومغناطیسی می‌توانند به‌عنوان روشی برای بهبود بنیه­ی­ بذر به‌کار روند (22).

یکی از ویژگی­های خاص و مهم علف­های هرز که کنترل آنها را بسیار دشوار کرده وجود خواب در بذرهای آنها می‌باشد (1). تعداد زیادی از بذر علف­های هرز که در خاک مدفون هستند تا سال­ها به حالت خواب باقی می­مانند و زمان دقیقی برای جوانه‌زنی آنها وجود ندارد. هدف از این آزمایش بررسی تأثیر امواج میدان مغناطیسی بر برخی صفات جوانه­زنی و صفات فیزیولوژیک علف­های هرز مهم گلرنگ بود.

مواد و روشها

این مطالعه به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار در سال 1388 در دانشکده­ی کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس اجرا شد. در این تحقیق، بذر 4 گونه علف هرز شامل بذر‌های تاج خروس
(Amaranthus spp.)، خرفه(Portuloca oleracea)، سلمه‌تره(Chenopodium album)  و یولاف وحشی(Avena fatua)  که جزء علف‌های هرز رایج و مهم مزارع کشت گیاه گلرنگ می‌باشد به همراه بذر گیاه گلرنگ (Carthamus tinctorious)، رقم گلدشت (تهیه شده از مؤسسه تحقیقات نهال و بذر) تحت میدان مغناطیسی قرار گرفتند. برای تعیین اثرات شدت‌ میدان مغناطیسی بر جوانه‌زنی بذر‌های ذکر شده، شدت میدان 10 و 20 میلی تسلا به مدت 4 ساعت روی هر دو حالت از بذر به صورت تر و خشک اعمال گردید. انتخاب این میدان‌ها طبق پژوهش­های انجام شده در این زمینه (21، 23، 26، 25) بود که میانگین قدرت مغناطیسی در این پژوهش­ها ملاک عمل در آزمایش ما قرار گرفت. همچنین بذرهای تیمار نشده نیز به‌عنوان شاهد در آزمایش بکار گرفته شدند. با توجه به اینکه آب یک ماده دیامگنتیک است و می‌تواند تحت تأثیر میدان مغناطیسی دوقطبی­های موقت تشکیل دهد حدس زده می شد که تیمار بذرها به شکل خشک یا در حضور آب  به پاسخهای متفاوتی منجر گردد، لذا یک گروه از بذرها به شکل خشک و گروه دیگر در داخل ظروف پتری حاوی آب در میدان قرار داده شدند. قرار گرفتن بذرها به صورت افقی یعنی همراستا با خطوط میدان مغناطیسی بود. بدین منظور با استفاده از میکروسک اپتیک و سوزن یا پنس بذرها را به صورت افقی قرار می‌دهیم. مدت زمان اعمال تیمار شدت برای میدان مغناطیسی 4 ساعت بود. بذرهایی که مورد تیمار میدان مغناطیسی قرار گرفتند و همچنین بذرهای شاهد در آزمایش‌های جوانه‌زنی و قوه نامیه بذر مطالعه شدند. برای ایجاد میدان مغناطیسی از دستگاه مولد میدان مغناطیسی ایستا با توان یک کیلو وات و حداکثر جریان عبوری 50 آمپر و قابلیت تولید میدان مغناطیسی مستقیم تا شدت 50 میلی تسلا استفاده گردید. دستگاه مذکور با استفاده از تسلامتر (Phywe Germany) کالیبره شد. محاسبه سرعت جوانه­زنی از طریق رابطه زیر انجام شد که در این رابطه Ni تعداد بذر‌های جوانه زده در روز Di می‌باشد (14).

N1/D1+N2/D2+…+Ni/Di= سرعت جوانه­زنی

سنجش فعالیت آنزیم های کاتالاز، سوپراکسیددسموتاز، پراکسیداز و پراکسیداسیون لیپیدی غشاء مالون دی آلدهید به‌ترتیب به روش­های زیر انجام شد. فعالیت آنزیمی به ازای میلی­گرم پروتئین بیان شد (11). برای سنجش آنزیم کاتالاز، 2/0 گرم نمونه منجمد در 3 میلی‌لیتر بافر سدیم فسفات 25 میلی‌مولار (بااسیدیته1/6) عصاره­گیری و همگنان حاصل در g× 12000  و دمای 4 درجه سانتی­گراد به­مدت 20­ دقیقه سانتریفیوژ گردید. از محلول رویی برای سنجش فعالیت آنزیمی استفاده شد. به Lµ 100 از عصارة آنزیمی بافر فسفات 25 میلی­مولار و هیدروژن پراکسید 10 میلی­مولار اضافه گردید. فعالیت کاتالاز با توجه به روند تجزیه H2O2  و در نتیجه کاهش جذب در  nm­240 سنجیده و به‌ازای میلی­گرم پروتئین عصاره آنزیمی محاسبه شد (5). به‌منظور سنجش فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز 2/0 گرم نمونه منجمد در 3 میلی‌لیتر بافر HEPES-KOH (N-2-Hydroxy ethylpiperazine-N-2-ethanesulphonic acid) با اسیدیته 8/7 حاوی EDTA 1/0 میلی‌مولار عصاره­گیری شد. همگنای حاصل در دمای 4 درجه سانتی­گراد سانتریفیوژ شد (×g 15000 به مدت 15 دقیقه). بخش رویی برای سنجش فعالیت سوپراکسید دیسموتاز مورد استفاده قرار گرفت و به آن بافر HEPES-KOH (mM50) با 8/7pH  حاوی EDTA (1/0 میلی­مولار)، 3CO2 Na (50 میلی­مولار) با اسیدیته 2/10، L-­متیونین (12 میلی­مولار)،‌ (NBT) نیترو بلو­تترازولیوم (75 میلی­مولار)، ریبو­فلاوین (1 میکرو­مولار) اضافه گردید. یک واحد فعالیت SOD به‌عنوان مقدار آنزیمی در نظر گرفته شد که منجر به مهار 50 درصد احیای نوری نیتروبلوتترازولیوم می­گردد و فعالیت آن به میلی­گرم بر گرم پروتئین وزن تر بر حسب تغییرات جذب در دقیقه بیان شد (12).

برای سنجش فعالیت آنزیم پراکسیداز  2/0 گرم از نمونه در بافر پتاسیم فسفات  25 میلی‌مولار (با اسیدیته 1/6) در دمای 4 درجه سانتی‌گراد عصاره‌گیری  شد و بعد همگنان حاصل به مدت 15 دقیقه در 12000 دور در دقیقه سانتریفیوژ شد. مخلوط واکنش شامل مقدار مناسب از بخش روشناور، بافر پتاسیم فسفات 60 میلی­مولار حاوی گایاکول 28 میلی­مولار و پراکسید هیدروژن 5 میلی­مولار بود. افزایش جذب محلول در طول موج 470 نانومتر در طول زمان 1 دقیقه توسط دستگاه اسپکتروفتومتر ثبت شد. فعالیت آنزیمی بر حسب تغییرات جذب در دقیقه به ازای میلی گرم پروتئین بیان شد (11).

برای سنجش پراکسیداسیون لیپیدی غشاء، مالون دی آلدهید (MDA) به‌عنوان فراورده نهایی این پراکسیداسیون، مورد سنجش قرار گرفت. نمونه­های منجمد به میزان 2/0 گرم در 3 میلی‌لیتر TCA (تری­کلرو­استیک اسید) 10% عصاره­گیری شدند. سپس به یک میلی‌لیتر از سوسپانسیون صاف شده، 1 میلی‌لیترTBA  (تیوباربی­توریک اسید) 5/0 درصد اضافه شد و در حمام آب گرم 100 درجه­ی سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه قرار گرفت. در نهایت میزان مالون­دی­آلدهید با اندازه­گیری جذب در طول موج­های 532 و 600 نانومتر و با استفاده از ضریب خاموشی
(mM-1cm-1 155=ε) محاسبه شد (5). میزان پروتئین موجود در گیاهچه‌ها برای اندازه‌گیری آنزیم‌ها به روش برادفورد و با استفاده از آلبومین سرم گاوی به‌عنوان استاندارد انجام شد (4).

نتایج

نتایج جدول تجزیه واریانس حاکی از آن بود که تیمارهای مورد بررسی تأثیر معنی­داری بر صفات مورد بررسی داشتند. اگرچه تیمار تر و خشک بودن بذر در صفات وزن خشک گیاهچه و میزان مالون دی­آلدئید تفاوت معنی­داری ایجاد نکرد (جدول1). اما حداکثر میانگین درصد جوانه­زنی به‌ترتیب در بذرهای سلمه­تره و خرفه مشاهده شد و یولاف‌وحشی و تاج‌خروس درصد جوانه‌زنی مشابهی داشتند (جدول 2). اولین سطح تیمار میدان مغناطیسی (10 میلی تسلا) باعث افزایش معنی­دار درصد جوانه­زنی در بذر‌های خشک و تر شد. اما با افزایش شدت میدان تا 20 میلی تسلا واکنش بذر‌های خشک و تر متفاوت بود. به‌طوری‌که در بذر‌های خشک با افزایش شدت میدان تا 20 میلی تسلا درصد جوانه‌زنی نیز افزایش یافت ولی در بذرهای تر افزایش شدت میدان تا 20 میلی تسلا سبب کاهش درصد جوانه زنی گردید (جدول 3).

در بین گیاهان استفاده شده در این تحقیق بذرهای سلمه­تره دارای بالاترین سرعت جوانه­زنی بوده و بین بذرهای تاج‌خروس و خرفه با گلرنگ تفاوت معنی­داری ملاحظه نشد. شدت میدان مغناطیسی تا 10 میلی­تسلا باعث افزایش معنی­دار سرعت جوانه­زنی در بذر­های خشک و تر شد، اما با افزایش شدت میدان تا 20 میلی­تسلا واکنش بذر­های خشک و تر به میدان مغناطیسی متفاوت بود (جدول های 2 و3). به طوری که در بذرهای تر با افزایش شدت میدان تا 20 میلی تسلا، سرعت جوانه‌زنی کاهش یافت، در حالی که در بذرهای خشک افزایش شدت میدان تا 20 میلی تسلا تغییری در سرعت جوانه‌زنی ایجاد نکرد.

مطالعات انجام شده نشان داد که شدت میدان مغناطیسی 10 میلی‌تسلا باعث افزایش معنی­دار طول ریشه­چه در بذرهای خشک و تر می­شود، اما افزایش شدت میدان تا 20 میلی­تسلا در بذرهای خشک و تر باعث کاهش طول ریشه­چه شد (جدول 3). اثر متقابل شدت میدان مغناطیسی و رطوبت بذرها در صفت طول ساقه­چه معنی­دار نشد (جدول1). میدان مغناطیسی 10 میلی­تسلا موجب افزایش طول ریشه­چه، ساقه­چه و گیاهچه در تمامی بذرهای مورد استفاده شد. در صورتی که میدان مغناطیسی 20 میلی­تسلا طول ساقه­چه، ریشه­چه و گیاهچه را کمتر از میدان 10 میلی­تسلا افزایش داد (شکل های 1 تا 3). همچنین رطوبت بذرها در زمان اعمال تیمار میدان مغناطیسی، موجب افزایش معنی­دار طول ریشه­چه شد (شکل4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 شکل 1- اثر شدت­های میدان مغناطیسی بر طول ساقه­چه

  شکل 2- اثر شدت­های میدان مغناطیسی بر طول ریشه­چه

 

 شکل 3  اثر شدت های میدان مغناطیسی بر طول گیاهچه

 

شکل 4 تأثیر رطوبت بذور بر طول ریشه­چه

 

 شکل 5 تأثیر شدت­های میدان مغناطیسی بر وزن خشک گیاهچه

شکل 6 تأثیر رطوبت بذور بر وزن خشک گیاهچه

 

 

شدت میدان مغناطیسی تا 10 میلی‌تسلا باعث افزایش معنی­دار وزن خشک گیاهچه در بذرهای خشک و تر کلیه‌ی گیاهان مورد آزمایش شد. همچنین با افزایش شدت میدان تا 20 میلی‌تسلا واکنش کلیه‌ی بذرهای خشک و تر گیاهان مختلف یکسان و کاهشی بود (بجز بذر خشک یولاف‌وحشی). در بین گیاهان مختلف تاج‌خروس بیشترین واکنش را به میدان مغناطیسی از خود نشان داد و دارای وزن خشک بیشتری نسبت به سایر گونه­ها بود (شکل های 6 و 7)، البته این اختلاف در وزن خشک گیاهچه می­تواند به دلیل تفاوت در پتانسیل رشد گیاهان مختلف باشد. بدین ترتیب که پتانسیل رشد گیاه تاج‌خروس در شرایط طبیعی با گذشت از مراحل ابتدایی رشد نسبت به یولاف‌وحشی و خرفه بیشتر است.


  شکل 7 تأثیر شدت های میدان مغناطیسی و رطوبت بذور بر تعداد بذور  نرمال

     شکل 8 تأثیر شدت‌های مختلف میدان مغناطیسی در بذور غیر نرمال

 شکل 9 تأثیر شدت­های مختلف میدان مغناطیسی بر درصد بذور مرده

 شکل10 تأثیر رطوبت بذور بر درصد بذور مرده

 

در شدت میدان مغناطیسی 10 میلی­تسلا، شاخص بنیه‌ی طولی و شاخص بنیه‌ وزنی گیاهان مورد آزمایش افزایش یافت. نتایج حاصل از آزمایش نشان­داد که با افزایش شدت میدان تا 20 میلی‌تسلا شاخص بنیه‌ طولی و شاخص بنیه‌ی وزنی به طور معنی­داری کاهش یافت (جدولهای 3 و 4).

جدول 4-  تأثیر شدت­های  میدان مغناطیسی بر بنیه‌ وزنی گیاهچه 

شدت میدان مغناطیسی

میانگین بنیه‌ وزنی گیاهچه

0 میلی‌تسلا

c 0298/0

10 میلی‌تسلا

a 0431/0

20 میلی‌تسلا

b 0384/0

 

شدت میدان مغناطیسی 10 میلی‌تسلا باعث افزایش معنی­دار در تعداد گیاهچه‌های عادی کلیه‌ی گیاهان به‌جزء گیاه خرفه گردید. در این گیاه بیشترین تعداد بذرهای عادی در بذرهای خشکی که تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار نگرفته بودند، مشاهده شد. با افزایش شدت میدان تا 20 میلی­تسلا واکنش بذرهای خشک و تر کلیه گیاهان به‌جز گیاه خرفه یکسان بوده و تعداد گیاهچه‌های عادی کاهش یافت. در بین گونه‌های مختلف نیز تعداد گیاهچه‌های عادی به ترتیب در علف‌های هرز تاج‌خروس و سلمه­تره در اثر کاربرد میدان مغناطیسی بیشتر از سایر گیاهان افزایش یافت و کمترین تأثیر برای این صفات نیز در گیاه خرفه مشاهده شد. بعد از خرفه نیز کمترین تأثیر کاربرد میدان مغناطیسی در گیاه زراعی گلرنگ مشهود بود (شکل 7).

افزایش شدت میدان مغناطیسی تا 10 میلی­تسلا باعث ­افزایش معنی­دار میزان فعالیت آنزیم‌ها در بذرهای خشک و تر همه‌ی گیاهان گردید. اما با افزایش شدت میدان تا 20 میلی­تسلا واکنش بذرهای خشک و تر  متفاوت بود. به طوری که با افزایش شدت میدان تا 20 میلی­تسلا میزان فعالیت آنزیم­های پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز همچنین آنزیم کاتالاز به­صورت غیر معنی­دار بود. اما در بذرهای تر، میزان فعالیت این آنزیم‌ها کاهش یافت (جدول 3). میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز به‌ترتیب در گیاهان خرفه و یولاف‌وحشی در اثر کاربرد میدان مغناطیسی نسبت به سایر گیاهان افزایش یافت و کمترین تأثیر نیز در گیاه سلمه­تره مشاهده شد (شکل 11). وجود رطوبت در زمان قراردادن بذرها در شرایط میدان مغناطیسی تأثیر معنی‌داری بر فعالیت آنزیم پراکسیداز داشت. به گونه­ای که وجود رطوبت باعث افرایش فعالیت آنزیم پراکسیداز در تمام گیاهان شد. در این بین بذر خرفه بیشترین و بذر سلمه­تره کمترین فعالیت آنزیم پراکسیداز را داشتند (شکل 11).

 

 

شکل 11 تأثیر شدت‌های میدان مغناطیسی بر فعالیت آنزیم پر اکسیداز

 

شکل 12 تاثیر رطوبت بذور بر فعالیت آنزیم پراکسیداز

 

همچنین بیشترین میزان فعالیت آنزیم کاتالاز به‌ترتیب در گیاهان خرفه و یولاف‌وحشی در اثر کاربرد میدان مغناطیسی، بیشتر از سایر گیاهان افزایش یافت و کمترین میزان فعالیت این آنزیم در گیاه زراعی گلرنگ مشاهده شد. بیشترین میزان فعالیت سوپراکسیددیسموتاز به‌ترتیب در گیاهان سلمه­تره و تاج‌خروس در اثر کاربرد میدان مغناطیسی بود و کمترین تأثیر برای هر دوی این صفات نیز در گیاه خرفه مشاهده شد (جدول 2).

افزایش شدت میدان مغناطیسی تا 10 میلی تسلا باعث کاهش معنی­دار محتوای مالون دی‌آلدهید در بذرهای خشک و تر شد و میزان این کاهش در بذرهای خشک نسبت به بذرهای تر بیشتر بود. با افزایش شدت میدان تا 20 میلی­تسلا محتوای مالون دی‌آلدهید در بذرهای خشک کلیه­ی گیاهان مورد آزمایش باز هم نسبت به تیمار شاهد کاهش یافت، اما این کاهش نسبت به گیاهان تیمار شده با شدت میدان 10 میلی تسلا به طور معنی­داری کمتر بود.

بحث 

افزایش شدت میدان مغناطیسی می­تواند در جوانه­زنی بذرها مؤثر باشد. در مطالعاتی بذر خیار را تحت میدان مغناطیسی 2/0 تا 4/0 تسلا قرار دادند، میدان 4/0 تسلا، 49% جوانه­زنی را افزایش داد و بیشترین تأثیر را روی جوانه­زنی بذر داشت (28). گزارش حاصل از یک تحقیق نشان داد که کاربرد میدان مغناطیسی 40 میلی تسلا سبب تسریع در جوانه‌زنی گیاهان گندم، جو، ذرت و برنج می­شود که با نتایج حاصل از این تحقیق همخوانی دارد (16). گزارش شده است که رشد و نمو سلول تحت تأثیر میدان­های مغناطیسی قرار می­گیرد. البته اثرات این میدان‌ها به شدت میدان مغناطیسی و همچنین مدت زمان کاربرد آنها بستگی دارد (24). همچنین آزمایش‌های دیگری روی گیاهان سویا، ذرت، نخود و لوبیا انجام شده که به نتایج مشابهی دست یافتند (17). وانگ و همکاران (2005) در طی تحقیقات خود روی گونه­های مختلف به نتایج مشابهی دست یافتند  (27).

به علت افزایش طول گیاهچه و درصد جوانه­زنی در بذرهای تیمار شده در میدان مغناطیسی 10 میلی‌تسلا، افزایش وزنی و طولی شاخص بنیه گیاهچه قابل انتظار بود، به‌طوری‌که گان‌مور (10) نیز پس از بررسی­های فراوان نشان داد که تحریک رشد و تقسیم سلولی در گیاهان قرارگرفته در مجاورت میدان­های مغناطیسی با شدت میدان­های کم، سبب تحریک بذرها و افزایش جوانه­زنی می­شود. در نتیجه این افزایش سرعت جوانه­زنی، شاخص طولی بنیه و شاخص وزنی بنیه تحت تأثیر قرار گرفته و به‌طور معنی­داری افزایش می­یابد. واشیست و نگاراجان (26) گزارش کردند که کاربرد میدان‌های مغناطیسی با شدت 50 میلی‌تسلا در آفتاب‌گردان با افزایش میزان فعالیت آنزیم‌های آلفا آمیلاز، پروتئاز و دهیدروژناز سبب تسریع در جوانه­زنی، استقرار و تولید گیاهچه‌هایی با بنیه‌ی قوی­تر می‌گردد.

همچنین بر اساس نتایج بدست آمده از بررسی­های واشیست و نگاراجان (26) و رانتالا و بتچریا (23)، میدان مغناطیسی با افزایش غلظت کلسیم درون سلولی و ارسال سیگنال به داخل سلول، تقسیم میتوز را افزایش می­دهد که به‌علت تغییر در ساختار کروموزوم­ها باعث تغییر در تعداد گیاهچه‌های نرمال و غیر نرمال می‌گردد. نحوه‌ی رشد و همچنین نحوه‌ی تکثیر گیاهان نیز ممکن است یکی از دلایل اختلاف در تعداد گیاهچه‌های عادی و غیر عادی و بذرهای مرده در گیاهان مختلف باشد. برای مثال گیاه خرفه علاوه بر توانایی تکثیر از طریق بذر می­تواند از طریق رویشی و حتی بعد از جداشدن ساقه­ها از خاک نیز رشد کند. به بیان دیگر این اختلاف در بذرهای غیر نرمال، حتی در شرایط بدون اعمال میدان مغناطیسی نیز قابل مشاهده است و به پتانسیل ژنتیکی آن گیاهان نیز بستگی دارد (شکل های8 و 9). وجود رطوبت در زمان اعمال تیمار میدان مغناطیسی بر درصد بذرهای مرده تأثیر معنی­داری داشت، به­‌طوری‌که موجب افزایش درصد بذرهای مرده در تمامی گیاهان به غیر از تاج‌خروس شد (شکل 10).

افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان در شرایط نامساعد می‌تواند به‌عنوان شاخصی برای افزایش تولید رادیکال‌های آزاد اکسیژن در نظر گرفته شود. در این مطالعه‌ی کاربرد میدان مغناطیسی سبب افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان شده، در نتیجه می‌توان گفت که سبب کاهش تولید این رادیکال‌های آزاد شده است. مشابه این نتایج در افزایش فعالیت آنزیم‌ها با کاربرد میدان­های مغناطیسی در گیاهان توتون در شرایط درون شیشه‌ای گزارش شده است (25). همچنین در اثر کاربرد شدت­های متفاوت میدان‌های مغناطیسی میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی­اکسیدان نیز تغییر می‌کند که در این میان آنزیم سوپر اکسیددیسموتاز نقش اصلی را در کاهش رادیکال­های آزاد در گیاه توتون دارد. تأثیر میدان مغناطیسی بر فعالیت آنزیم پراکسیداز در این آزمایش نشان از افزایش توانایی این بذرها برای جوانه‌زنی دارد.

وانگ و همکاران (27) نیز گزارش کردند که با افزایش شدت میدان‌های مغناطیسی تا 15 میلی­تسلا و بیشتر از آن میزان فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و سوپر اکسیددیسموتاز افزایش می­یابد و به‌تبع آن میزان خسارت اکسایشی وارده به گیاه نیز کاهش پیدا می‌کند. آنزیم سوپراکسیددیسموتاز یکی از مهمترین آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان بوده که در شرایط تنش افزایش فعالیت آن در بیشتر گیاهان گزارش شده است. فعالیت این آنزیم با افزایش میزان یون سوپراکسید درون‌ سلولی افزایش می‌یابد. به علاوه اینکه میزان رطوبت بذر تأثیر معنی­داری بر میزان آنزیم پر اکسیداز در بذرهای گیاهان مختلف داشت (شکل 12).

در بذرهای تر با افزایش شدت میدان تا 20 میلی‌تسلا محتوای مالون دی‌آلدهید در کلیه‌ی گیاهان افزایش یافت، به طوری که با گیاهان شاهد تیمار شده با شدت 10 میلی‌تسلا اختلاف معنی­داری را نشان دادند (جدول 3). نتایج مشابهی نیز توسط سایر محققان (25، 26) بدست آمده است. از آن‌جایی که غشاء سلولی یک غشاء فسفولیپیدی می‌باشد، واکنش اکسیژن با آن سبب تخریب غشاء سلولی و نشت الکترولیت‌ها به بیرون سلول می‌شود (1و2). اما کاربرد میدان مغناطیسی با شدت مناسب با تغییر در بارهای مثبت و منفی غشاء سلولی سبب کاهش اکسیداسیون در چربی‌های غشاء سلولی و کاهش محتوای مالون‌دی‌آلدهید می‌گردد.

با توجه به نتایج این تحقیق می‌توان این گونه نتیجه گرفت که میدان مغناطیسی به علت تغییراتی که در سطح سلولی ایجاد می­کند و خسارتهایی که در غشاء به وجود می­آورد باعث تغییر در فشار اسمزی و قدرت بافت سلولی برای جذب عناصر و مواد محلول می­شود.

  1. 1.  اسدی، ع.م. و حشمتی غ.ع.، 1394. اثر تیمارهای مختلف بر شکستن خواب و تحریک جوانه زنی بذر آویشن خراسانی (Thymus transcaucasicus Ronn).  و آویشن شیرازی  (Zataria moltiflora Boiss.). مجله زیست شناسی ایران. (1)28: -22-12.

    2.  کشاورز، ح.، مدرس ثانوی، س.ع.م. و زرین کمر، ف.، 1393. تفاوت در پاسخ آنتی­اکسیدانی دو رقم کلزا پاییزه و بهاره (Brassica Napus L.,) در شرایط مزرعه­ای تحت تأثیر اسید سالیسیلیک. مجله زیست شناسی ایران 289-288:(2)27.

     

    1. Aladjadjiyan, A. and Ylieva,T. 2003. Influence of stationary magnetic field on the early stages of the development on tobacco seeds (Nicotiana tabacum L. ). J.  Central European Agriculture. 4(2): 131-137.
    2. Bradford, M. M. 1976. A rapid sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical biochemistry. 72: 248-254.
    3. Cakmak, I. and Horst, W.J. 1991. Effect of aluminium on lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase, and peroxidase activities in root tips of soybean (Glycine max). Physiologia Plantarum. 83: 463-468.
    4. Crnobarc, J., Marinkovic, B., Tatic, M. and Malesevic, M. 2002. The effect of REIS on startup growth and seed yield of sunflower and soybean. Biophysics in Agriculture Production, University of Novi Sad, Tampograf.
    5. De vos, C.H.R., Schat, H. Waal, M., Vooijs. R.  and Ernst, W. 1991. Increased resistance to copper-induced damage of the root cell plasmalemma in copper tolerant Silene cucubalus. Physiologia Plantarum. 82:523-528.
    6. Efe, L., Mustafayev, S.A. and Killi, F. 2004. Stimulative effect of high voltage electrical current on earliness, yield and fiber quality of cotton (Gossypium hirsutum L.). Pakistan Journal of Biological Sciences. 7: 494-502.
    7. Eraman, H.M., 2003. Effect of shocking with high voltage electrical current on important agronomical and technological properties of five cotton (Gossypium hirsutum L) cultivars under Kahramanmaras conditions. MSc thesis, University of Kahramanmaras Sutcu Imam, Institue of Natural and Applied Sciences, Department of Field Crops, Turkey.

    10. Gan-Mor, G., 2003. Electrostatic pollen application development and tests for almond, kiwi, date and pistachio an overview. Applied Engineering in Agriculture. 19(2): 119-124.

    11. Ghanati, F., Morita, A. and Yokota, H. 2005. Effects of aluminum on the growth of tea plant and activation of antioxidant system, Plant and Soil 276:133–141.

    12. Giannopolitis, C.N. and Ries, S.K. 1997. Superoxid desmutase. I.Occurence in higher plants. Plant Physiology. 59: 309-314.

    13. Kiatgamjorn, P., Khan-Ngern, W. and Nitta, S. 2002. The effect of electric field on bean sprout growing. Research Center for Communications and Information Technology Ladkrabang Bangkok. pp. 237-241. .

    14. Maguire، J.D. 1962. Seed of germination–aid in selection and evaluation for seedling emergence and vigour، Crop Science 2: 176-177.

    15. Marinkovic, B., Ilin, Z. Marinkovic, J. Culibrk, M. and Jacimovic, G. 2002. Corn and sugarbeet  yield in function variable electromagnetic field. Biophysics in Agriculture Production, University of Novi Sad, Tampograf. 154p

    16. Mustafayev, S., Efe, L. and Killi, F. 2001. The effect of shocking treatment on cotton seeds before sowing by electrical current on cotton (Gossypium hirsutum L.) stickiness and some fiber traits under Kahramanmaras conditions. GOURLOT J.-P., FRYDRYCH R., éditeurs scientifiques, 2001. Improvement of the Marketability of Cotton Produced in Zones Affected by Stickiness. Actes du séminaire, 4–7 juillet 2001, Lille, France, CFC – ICAC – Cirad – IFTH – SCC - ARC.Montpellier, France, Cirad, CFC - Technical report.

    17. Nedialkov, N., Nenov, S. and Parmakov, D. 2006. Pre-sowing treatment of seeds by magnetic field. Lithuanian Institute of Agricultural Engineering. 20: 4320.

    18. Phirke, P., Kubde, A. and Umbarkar, S. 1996. The influence of magnetic field on plant growth. Seed Science and Technology. 24: 375-392.

    19. Pietruszewski, S., 1996. Effects of magnetic biostimulation of wheat seeds on germination, yield and proteins. International Agrophysics. 10: 51-56.

    20. Podleoeny, J., Pietruszewski, S. and Podleoena, A. 2004. Efficiency of the magnetic treatment of broad bean seeds cultivated under experimental plot conditions. International Agrophysics. 18: 65-71.

    21. Rakosy-Tican, L., Aurori, C. and Morariu, V. 2005. Influence of near null magnetic field on in vitro growth of potato and wild Solanum species. Bioelectromagnetics. 26: 548-557.

    22. Rochalska, M., 2002. Magnetic field as a method of seeds vigour estimation (in Polish). Acta Agrophysica. 62: 103-111.

    23. Runthala, P. and Bhattacharya, S. 1991. Effect of magnetic field on the living cells of Allium cepa L. Cytologia. 56: 63-72.

    24. Sabo, J., Mirossay, L., Horovcak, L., Sarissky, M., Mirossay, A. and Mojzis, J. 2002. Effects of static magnetic field on human leukemic cell line HL-60. Bioelectrochemistry. 56: 227-231.

    25. Sahebjamei, H., Abdolmaleki, P. and Ghanati, F. 2007. Effects of magnetic field on the antioxidant enzyme activities of suspension-cultured tobacco cells. Bioelectromagnetics. 28: 42-47.

    26. Vashisth, A. and Nagarajan, S. 2010. Effect on germination and early growth characteristics in sunflower (Helianthus annuus) seeds exposed to static magnetic field. Journal of Plant Physiology. 167: 149-156.

    27. Wang, H.Y., Zeng, X.B., Guo, S.Y. and Li, Z.T. 2008. Effects of magnetic field on the antioxidant defense system of recirculation-cultured Chlorella vulgaris. Bioelectromagnetics. 29: 39-46.

    28. Yao, Y., Li, Y., Yang, Y. and Li, C. 2005. Effect of seed pretreatment by magnetic field on the sensitivity of cucumber (Cucumis sativus) seedlings to ultraviolet-B radiation. Environmental and Experimental Botany. 54: 286-294.

مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)
دوره 31، شماره 1
اردیبهشت 1397
صفحه 184-196
  • تاریخ دریافت: 25 آبان 1394
  • تاریخ بازنگری: 21 اردیبهشت 1395
  • تاریخ پذیرش: 01 دی 1395