نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 هیئت علمی- دانشگاه ملایر
2 دانشگاه محقق اردبیلی
چکیده
به منظور ارزیابی اثرات محلولپاشی گیاه مادری با نانواکسید روی و آهن بر شاخصهای سبز شدن بذر و رشد گیاهچه گندم در شرایط تنش شوری، آزمایشی گلخانهای به صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوکهای کامل تصادفی در چهار تکرار انجام گرفت. در این پژوهش، علاوه بر شاخصهای سبز شدن بذر و رشد گیاهچه گندم، برخی از پارامترهای بیوشیمیایی از قبیل محتوای پروتئین محلول، قندهای محلول، پرولین و میزان رنگیزههای فتوسنتزی گیاهچه اندازهگیری شد. تیمارهای آزمایش شامل نه سطح محلولپاشی (بدون محلولپاشی (شاهد)، نانواکسید آهن 750 میلیگرم در لیتر (NP-FeO750)، نانواکسید آهن 1500 میلیگرم در لیتر (NP-FeO1500)، نانواکسید روی750 میلیگرم در لیتر (NP-ZnO750)، نانواکسید روی 1500 میلیگرم در لیتر (NP-ZnO1500)، NP-FeO750 + NP-ZnO750، NP-FeO1500 + NP-ZnO750، NP-FeO750 + NP-ZnO1500 و NP-FeO1500 + NP-ZnO1500) و سه سطح تنش شوری(0، 75 و 150 میلیمولار کلرید سدیم) بودند. نتایج نشان داد که، بذرهای گندم در شوری 150 میلیمولار کمترین درصد و سرعت سبز شدن و شاخصهای رشدی گیاهچه را نشان داد. در همین سطح از تنش، غلظت قندهای محلول و پرولین آزاد گیاهچه بیشترین و محتوای پروتئین محلول و کلروفیلهای a و b کمترین مقدار را به خود اختصاص دادند. از سوی دیگر، محلولپاشی نانو اکسید روی و آهن در گیاه مادری گندم اثرات بازدارنده تنش شوری بر همه صفات مورد بررسی به جز درصد سبز شدن بذر، شاخص طولی قدرت و پروتئینهای محلول را به طور معنیداری تعدیل نمود.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Induction of resistance to salinity stress in the produced seeds of wheat after foliar application of nano-zinc oxide and nano- iron oxide
نویسندگان [English]
1 Faculty of Agriculture, University of Malayer
2 University of Mohaghegh Ardabili
چکیده [English]
In order to study the effect of foliar application of nano-zinc oxide (N-ZnO) and Nano Iron Oxide (N-FeO) on germination traits of produced seeds of wheat (Triticum aestivum L.) under salinity stress a factorial experiment was conducted based on completely randomized design with four replications. Experimental treatments were Foliar application (control, N-ZnO 750 mg/L, N-ZnO 1500 mg/L, N-FeO 750 mg/L, N-FeO 1500 mg/L, N-ZnO 750 mg/L+ N-FeO 750 mg/L, N-ZnO 750 mg/L+ N-FeO 1500 mg/L, N-FeO 750 mg/L+ N-ZnO 1500 mg/L and N-ZnO 1500 mg/L+ N-FeO 1500 mg/L) and three levels of salinity stress (0, 75, 150 mM NaCl). Based on the results the highest level of salinity stress resulted in lowest emergence rate, seedling emergence and seedling growth parameters of wheat. The highest concentration of soluble sugar and proline in wheat seedlings observed in salinity level of 150 mM NaCl, whereas as results of highest salinity stress protein content, chlorophyll a and chlorophyll b decreased. In general, simultaneous application of N-ZnO 1500 ppm+ N-FeO 1500 ppm significantly alleviated the negative effects of salinity stress on all of the studied traits, except seedling emergence, vigor index and protein content.
کلیدواژهها [English]
القای مقاومت به تنش شوری در بذرهای بدست آمده از بوتههای گندم محلولپاشی شده با نانواکسید روی و آهن
مجید رستمی1، احمد جوادی2* و سید مجید حسینیزاده2
1 ایران، ملایر، دانشگاه ملایر، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه زراعت، بخش فیزیولوژی گیاهان زراعی
2 ایران، اردبیل، دانشگاه محقق اردبیلی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، بخش علوم و تکنولوژی بذر
تاریخ دریافت: 08/03/1397 تاریخ پذیرش: 25/10/1397
چکیده
بهمنظور ارزیابی اثرات محلولپاشی گیاه مادری با نانواکسید روی و آهن بر شاخصهای سبز شدن بذر و رشد گیاهچه گندم در شرایط تنش شوری، آزمایشی گلخانهای بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوکهای کامل تصادفی در چهار تکرار انجام گرفت. دراین پژوهش، علاوه بر شاخصهای سبز شدن بذر و رشد گیاهچه گندم، برخی از پارامترهای بیوشیمیایی از قبیل محتوای پروتئین محلول، قندهای محلول، پرولین و میزان رنگیزههای فتوسنتزی گیاهچه اندازهگیری شد. تیمارهای آزمایش شامل نه سطح محلولپاشی (بدون محلولپاشی (شاهد)، نانواکسید آهن 750 میلیگرم در لیتر (NP-FeO750)، نانواکسید آهن 1500 میلیگرم در لیتر (NP-FeO1500)، نانواکسید روی750 میلیگرم در لیتر (NP-ZnO750)، نانواکسید روی 1500 میلیگرم در لیتر (NP-ZnO1500)، NP-FeO750 + NP-ZnO750، NP-FeO1500 + NP-ZnO750، NP-FeO750 + NP-ZnO1500 و NP-FeO1500 + NP-ZnO1500) و سه سطح تنش شوری(0، 75 و 150 میلیمولار کلرید سدیم) بودند. نتایج نشان داد که، بذرهای گندم در شوری 150 میلیمولار کمترین درصد و سرعت سبز شدن و شاخصهای رشدی گیاهچه را نشان داد. در همین سطح از تنش، غلظت قندهای محلول و پرولین آزاد گیاهچه بیشترین و محتوای پروتئین محلول و کلروفیلهای a و b کمترین مقدار را به خود اختصاص دادند. از سوی دیگر، محلولپاشی نانو اکسید روی و آهن در گیاه مادری گندم اثرات بازدارنده تنش شوری بر همه صفات مورد بررسی بهجز درصد سبز شدن بذر، شاخص طولی قدرت و پروتئینهای محلول را بهطور معنیداری تعدیل نمود.
واژههای کلیدی: تنشهای محیطی، کیفیت بذر، قدرت بذر، نانو ذرات
* نویسنده مسئول، تلفن: 09187062481، پست الکترونیکی: Ahmadjavadi55@gmail.com
مقدمه
گندم گیاهی است تکلپه و یکساله از تیره گندمیان و خانواده گرامینه که با اختصاص بیش از یکچهارم تولید جهانی غلات بهعنوان مهمترین غله در جهان مطرح میباشد (7). در ایران، گندم در بیش از 5 میلیون هکتار از زمینهای کشاورزی کشت میشود که مقدار تولید آن حدود 11 میلیون تن است (29). بنابراین باتوجه به رشد جمعیت کشور، جهان و کمبود کنونی غذا در سطح دنیا، بررسی تمامی راهکارهایی که سبب افزایش تولید و استفاده بهینه از گندم تولید شده میگردد، از موضوعات مهم و قابلتوجه میباشد. یکی از مهمترین عواملی که عملکرد گیاهان زراعی ازجمله گندم را در شرایط مزرعهای تعیین میکند، کیفیت تودههای بذری است، بنابراین تولید و استفاده از بذرهای باکیفیت گندم از اهمیت بالایی برخوردار است. چراکه بذر حلقه اصلی تولید در کشاورزی است و سرمایهگذاریهای دیگر درنتیجه استفاده از بذور نامرغوب از بین میروند (30).
عوامل متعددی همچون گسترش مکانیزاسیون کشاورزی و وقوع شرایط محیطی نامطلوب نظیر شوری در خاک، ضرورت توجه به تولید بذرهای برخوردار از جوانهزنی سریع و یکنواخت را ایجاب مینمایند (19). اثرات نامطلوب تنش شوری بر جوانهزنی بذر و استقرار آتی گیاهچه توسط محققان زیادی مورد تأیید قرارگرفته است (12و 27). به طوریکه غلظتهای بالای نمک موجب مهار کامل جوانهزنی بذر و سبزشدن گیاهچه میشود. دهقان شعار و همکاران (3) معتقدند که عملکرد و کیفیت بذر تحت تأثیر شرایط رشد و نموی گیاه مادری قرار میگیرد. لذا تغذیه مناسب گیاه مادری با عناصر ضروری میتواند بر تولید بذرهای باکیفیت تأثیرگذار باشد. آهن و روی ازجمله عناصر ضروری موردنیاز گیاهان میباشند که در فعالیتهای متابولیسمی مختلف گیاه اثرات مثبت قابلتوجهی دارند (32). باتوجه به آزمایشهای خاکشناسـی در ایـران مشخصشده است که 37 درصـد اراضـی گنـدم آبـی ازنظر قابلیت دسترسـی آهـن، 40 درصـد ازنظر کمبـود روی قابلجذب، مشکلدارند (17). در این راستا چاکمک (26) معتقد است محلولپاشی عنصر روی موجب افزایش غلظت روی در بذر میگردد، لذا افزایش غلظت عنصر روی در بذر میتواند موجب افزایش قوه نامیه بذر و استقرار بذر شود. از طرفی این افزایش در غلظت روی میتواند اثر منفی نمک کلرید سدیم را از طریق محدود نمودن جذب سدیم و کلر و یا انتقال آن در گیاه، کاهش دهد (14). عنصر ریزمغذی روی نقش اساسی در متابولیسم گیاه و بیوسنتز پروتئینها دارد و برای حفظ پیوستگی ساختار غشای سلولهای ریشه نیز ضروری است (32). از طرفی آهن ازجمله عناصر کممصرف است که در واکنش گیاهان به شرایط محیطی و مقابله با عوامل تنشزای محیطی مانند مقابله با سمیت فلزات سنگین، نور شدید و همچنین شوری اهمیت زیادی دارد (10). ایـن عنصـر عـاملی مـؤثر در ترکیـب ۱۴۰ آنزیم است که واکنشهای بیوشیمیایی منحصر به فـردی را کاتـالیز میکند (35). بهنحویکه پژوهشگران معتقدند عنصر آهن در طیف وسیعی از فعالیتها و واکنشها مانند بیوسنتز کلروفیل و رنگدانههایی مانند آنتوسیانینها، انتقال الکترون فتوسنتزی و تنفسی، واکنشهای اکسید-احیاء و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان نقش دارد و برای رشد طبیعی و تولیدمثل گیاهـان زراعـی موردنیاز میباشد (32و 10). لذا کمبود آهن موجب زیان و آسیب رسیدن به کلروفیل و تخریب ساختار کلروپلاست میشود که در نتیجهی آن زردی و رنگ پریدگی اندامهای فتوسنتزی حاصل میگردد (32). فتحی و زاهدی (7) در مطالعات خود روی گیاه گندم گزارش نمودند که محلولپاشی نانواکسید آهن موجب کاهش اثرات سوء ناشی از تنش شوری گردید. گرچه اهمیت عناصر آهن و روی و سایر عناصر ریزمغذی در عملکرد گیاهان در سطوح سلولی و مولکولی به اثبات رسیده است، اما رسانش این عناصر در قالب مکمل و یا کود همچنان با چالش روبهرو است. لذا با استفاده از نانو ذرات و نانو پودرها میتوان کودهایی با رهایش کنترل شده یا تأخیری تولید کرد. چراکه سطح ویژه بالای نانو ذرات، چگالی بیشتر نواحی واکنشپذیر بر روی سطح ذره و یا افزایش واکنشپذیری این نواحی بر روی سطح، سبب واکنشپذیری بالای نانو ذرات میشوند. این ویژگیها موجب جذب راحتتر کودها و سمومی میشوند که با این ابعاد تولید شدهاند و نسبت به کودها و سموم رایج تأثیر بیشتری خواهند داشت (1). بطور کلی اثرات مثبت کاربرد عناصر غذایی ازجمله آهن و روی برای کاهش شدت خسارت تنش شوری در گیاهان مختلف گزارش شده است. بااین وجود در بیشتر مطالعات تمرکز اصلی بر ویژگیهای مورفوفیزیولوژیکی گیاه مادر بوده و تغییرات ایجاد شده در بذرهای تولید شده کمتر مورد بررسی قرارگرفته است. هدف از اجرای این پژوهش، افزایش کیفیت بذرهای گندم و در نتیجه القای قابلیت تحمل گیاهچههای حاصل در شرایط تنش شوری بود، که این هدف از طریق محلولپاشی برگی نانو اکسید روی و نانو اکسید آهن دنبال گردید.
مواد و روشها
بذر گندم نان رقم میهن (Triticum aestivum L. ) از موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه شد. آزمایشهای مزرعهای و گلخانهای بصورت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با چهار تکرار در مزرعه و گلخانه تحقیقاتی دانشگاه محقق اردبیلی اجرا گردید. تیمارهای آزمایش شامل نه سطح محلولپاشی عناصر نانو اکسید روی و آهن (بدون محلولپاشی (NP-FeO0 + NP-ZnO0)، نانواکسید آهن 750 پیپیام (NP-FeO750 + NP-ZnO0)، نانواکسید آهن 1500پیپیام (NP-FeO1500 + NP-ZnO0)، نانواکسید روی750پیپیام (NP-FeO0 + NP-ZnO750)، نانواکسید روی 1500پیپیام (NP-FeO0 + NP-ZnO1500)، نانواکسید آهن 750پیپیام + نانواکسید روی 750پیپیام (NP-FeO750 + NP-ZnO750)، نانواکسید آهن 1500پیپیام + نانواکسید روی 750پیپیام(NP-FeO1500 + NP-ZnO750)، نانواکسید آهن 750پیپیام + نانواکسید روی 1500پیپیام (NP-FeO750 + NP-ZnO1500) و نانواکسید آهن 1500پیپیام + نانواکسید روی 1500پیپیام (NP-FeO1500 + NP-ZnO1500)) و سه سطح تنش شوری (0، 75، 150 میلیمولار) بود. نانو ذرات روی و آهن از شرکت سپهرپارمیس تهیه شد. اندازه ذرات نانواکسید روی بهطور متوسط 39/42 نانومتر (در محدوده 54/48-77/28 نانومتر) و نانو اکسید آهن بهطور متوسط 43/42 ( در محدوده 54/48-85/37 نانومتر) بود. در آزمون تحمل شوری گیاهچه، از نمک NaCl (نمک غالب در خاکهای شور) بهمنظور برقراری سطوح تنش استفاده گردید.
این پژوهش بهصورت دو مرحلهی مزرعهای و گلخانهای به اجرا درآمد، بدینصورت که ابتدا بعد از تهیه و آمادهسازی زمین موردنظر بذر گندم کشت گردید. هر کرت آزمایش شامل شش ردیف کشت با فاصله بین ردیف 20 سانتیمتر با تراکم ثابت 450 بوته در مترمربع بود. محلولپاشی نانواکسید روی و آهن در مرحله قبل از ظهور سنبله با غلظتهای مشخص انجام شد. دراین مرحله جهت بهبود جذب عناصر توسط گیاه مادری محلولپاشی با فاصله 48 ساعت دو بار تکرار شد. برداشت نهایی بذرها در زمان رسیدگی کامل از دو خط وسط هر کرت پس از حذف نیم متر از بالا و پایین کرت بهعنوان اثر حاشیهای، صورت گرفت. سپس کیفیت توده بذری فرآوری شده با بررسی قابلیت سبز شدن بذر و رشد گیاهچه، از طریق آزمایش گلخانهای در شرایط تنش شوری مورد مطالعه قرارگرفت. در آزمایش گلخانهای، تعداد 25 عدد بذر فرآوری شده گندم پس از 10 دقیقه ضدعفونی سطحی با محلول یک درصد هیپوکلریت سدیم (بذرها بعد از اتمام 10 دقیقه، چند مرحله با آب مقطر شستشو شدند) در هر گلدان کشت گردید. با شروع ظهور گیاهچهها تعداد گیاهچههای سبز شده، هر 24 ساعت یکبار شمارش شد. سرعت سبز شدن براساس معادله Ellis & Roberts (28) اندازهگیری شد. 30 روز پس از کاشت بذور در گلدان نمونهبرداری از گیاهچههای گندم جهت بررسی اثرات تیمارهای مورد مطالعه روی گیاهچهها صورت گرفت. در پایان آزمایش طول گیاهچه با استفاده از خطکش میلیمتری اندازهگیری شد. وزن خشک گیاهچه پس از قرارگیری نمونههای گیاهی در آون 80 درجه به مدت 24 ساعت توسط ترازوی دیجیتال با دقت هزارم مورد ارزیابی قرارگرفت. شاخص طولی قدرت با استفاده از رابطه زیر تعیین شد:
طول گیاهچه × درصد ظهور گیاهچه = شاخص طولی قدرت
مقدار پروتئین کل جوانترین برگ توسعهیافته گیاهچه گندم بااستفاده از معرف برادفورد به روش اسپکتروفتومتری اندازهگیری گردید. مقدار 1/0 گرم از نمونه برگی یا بذری با یک میلیلیتر بافر فسفات 1/0 مولار درون هاون چینی ساییده و پس از انتقال به میکرو تیوب با سرعت rpm12000 به مدت 15 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد سانتریفیوژ (Eppendorf 5702) گردید. از محلول شفاف رویی 100 میکرولیتر برداشته و به لولههای آزمایشی اضافه گردید که قبلاً به هرکدام مقدار 5 میلیلیتر معرف برادفورد ریخته شده بود. پس از گذشت 5 دقیقه از تثبیت رنگ محلول، قرائت در دمای آزمایشگاه و در طولموج 595 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر UV/Vis(مدل 2100 یو وی ساخت یونیکو آمریکا) صورت گرفت. درنهایت، اعداد جذب با استفاده از رابطه بهدستآمده از منحنی استاندارد غلظتهای مختلف پروتئین خالص (BSA)، بهصورت میلیگرم در گرم وزنتر گیاهچه ارائه شد (25).
مقدار قند محلول جوانترین برگ توسعهیافته گیاهچه گندم براساس روش یم و ویلس (41) تعیین گردید. هفتاد میلیگرم ماده خشک گیاهی در هاون ساییده و دو میلیلیتر اتانول 80 درصد افزوده شد. مخلوط حاصل در دمای 80 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه در حمام آب گرم انکوبه گردید. در ادامه، نمونهها با سرعت rpm 5500 به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ (Eppendorf 5702) شدند. این مرحله برای هر نمونه دو بار تکرار و رو شناور (سوپرناتانت) موجود در لولهها تلفیق گردید. محلول حاصل با اتانول 80 درصد به حجم شش میلیلیتر رسانده شد. سپس چهار میلیلیتر معرف آنترون به آنها اضافه گردید و در حمام آبی 100 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه قرار گرفتند. پس از سرد شدن سریع لولههای آزمایش در حمام یخ، قرائت جذب در طولموج 620 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر UV/Vis (مدل UV2100 ساخت یونیکو آمریکا) انجام گردید. درنهایت، اعداد جذب بااستفاده از رابطه به دست آمده از منحنی استاندارد غلظتهای مختلف گلوکز خالص، بهصورت میلیگرم کربوهیدرات در گرم وزن خشک گیاهچه ارائه شد.
تعیین پرولین جوانترین برگ توسعهیافته گیاهچه گندم با استفاده از معرف نینهیدرین و به روش اسپکتروفتومتری صورت گرفت. مقدار 1/0 گرم بافت گیاهی در 10 میلیلیتر سولفوسالیسیلیک اسید 3 درصد سائیده و همگنای حاصل با سرعت rpm10000 در دمای 4 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ (Eppendorf 5702) گردید. سپس، در لوله جداگانه دیگری، به 2 میلیلیتر از عصاره حاصل، 2 میلیلیتر معرف نین هیدرین و 2 میلیلیتر اسید استیک گلاسیال خالص اضافه شد. در ادامه لولهها به مدت 1 ساعت در بن ماری با دمای 100 درجه سانتیگراد قرارگرفته و پس از خارج شدن از بن ماری و اضافه کردن 4 میلیلیتر تولوئن به هرکدام از لولهها، به مدت 15 تا 20 ثانیه ورتکس گردیدند. بعد از تشکیل دو فاز جداگانه، فاز بالایی رنگی، با دقت جدا و در دستگاه اسپکتروفتومتر UV/Vis(مدل UV2100 ساخت یونیکو آمریکا) با طولموج 520 نانومتر اندازهگیری بعمل آمد (24).
محتوای انواع کلروفیل برگ به روش آرنون (22) تعیین شد. برای این منظور از نمونههای برگی گرفتهشده از هر واحد آزمایشی، قطعات 1/0 گرمی از جوانترین برگ کاملاً توسعهیافته تهیه شد. سپس، نمونههای 1/0 گرمی با اضافه کردن 10 میلیلیتر استون 80 درصد در هاون چینی له گردیدند. عصاره حاصل در rpm 3000 به مدت 10 دقیقه در دمای آزمایشگاه سانتریفیوژ (Eppendorf 5702) شد و مقداری از رو شناور (Supernatant) (محلول شفاف رویی) بهدست آمده درون کووت ریخته شد. در ادامه، میزان جذب محلول داخل کووت در طول موجهای 645 و 663 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر ثبت گردید. سپس، بهمنظور محاسبه مقادیر کلروفیلهای a و b از معادلات آرنون به شرح زیر استفاده شد:
Chl a = [(12.7 × A663) - (2.69 × A645)]
Chl b = [(22.9 × A645) - (4.68 × A663)]
پس از آزمون نرمال بودن توزیع دادهها (براساس آزمون شاپیرو-ویلک) و بررسی یکنواختی واریانس خطاهای آزمایشی (طبق آزمون لون)، تجزیهی واریانس متغیرهای اندازهگیری شده توسط نرمافزار آماری (VER 9.1) SAS و مقایسه میانگینها با استفاده از روش LSD در سطح احتمال پنج درصد صورت گرفت و رسم شکلها توسط برنامه (VER 2013)Excel انجام پذیرفت.
نتایج
با توجه به نتایج تجزیه واریانس دادهها، اثر محلولپاشی نانو اکسید روی و آهن (NP-FeO&NP-ZnO) و تنش شوری روی صفات درصد و سرعت سبز شدن، طول و وزن خشک گیاهچه، مقدار پروتئین، کربوهیدرات، پرولین آزاد و انواع کلروفیل برگ در سطح احتمال یک درصد معنیدار بود. اثر متقابل بین عوامل آزمایشی (محلولپاشی × شوری) بر سرعت سبز شدن، طول و وزن خشک گیاهچه، مقدار قندهای محلول، پرولین آزاد و کلروفیلهای a و b برگ در سطح احتمال یک درصد تفاوت معنیداری را نشان داد. از طرفی اثر متقابل عوامل آزمایش در مورد درصد سبز شدن، شاخص طولی قدرت و محتوای پروتئین محلول برگ گیاهچه گندم معنیدار نبود (جداول 1 و2).
جدول 1- تجزیه واریانس اثر محلولپاشی نانواکسید آهن و روی بربرخی ویژگیهای مرتبط با سبز شدن بذر و رشد گیاهچه گندم تحت تنش شوری
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
||||
درصد سبز شدن |
سرعت سبز شدن |
طول گیاهچه |
وزن خشک گیاهچه |
شاخص طولی قدرت |
||
بلوک |
3 |
ns 074/2 |
*0011/0 |
**836/57 |
ns 00006/0 |
**956/43 |
محلولپاشی |
8 |
**092/41 |
**0479/0 |
**748/89 |
**0042/0 |
**799/119 |
شوری |
2 |
**148/361 |
**476/0 |
**925/303 |
**0279/0 |
**319/530 |
محلولپاشی × شوری |
16 |
ns481/1 |
**0013/0 |
**205/5 |
**00038/0 |
ns 777/3 |
خطا |
78 |
663/4 |
0266/0 |
257/2 |
00002/0 |
352/2 |
ضریب تغییرات (%) |
- |
37/2 |
72/3 |
92/3 |
76/1 |
40/4 |
ns، ** و * به ترتیب غیر معنیدار و معنیدار در سطح احتمال یک و پنج درصد |
جدول 2- تجزیه واریانس اثر محلولپاشی نانواکسید آهن و روی بربرخی ویژگیهای بیوشیمیایی گیاهچه گندم تحت تنش شوری
منابع تغییر |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
||||
پروتئین محلول |
قند محلول |
پرولین |
کلروفیل a |
کلروفیل b |
||
بلوک |
3 |
**466/3 |
ns0107/0 |
**549/74536 |
**518/95254 |
**184/24844 |
محلولپاشی |
8 |
**021/23 |
**734/0 |
**020/347109 |
**583/5293 |
**667/1380 |
شوری |
2 |
**527/44 |
**897/4 |
**776/9709 |
**560/5034 |
**108/1313 |
محلولپاشی × شوری |
16 |
ns 435/0 |
**0666/0 |
**419/497 |
**637/251 |
**631/65 |
خطا |
78 |
346/0 |
0050/0 |
191/78 |
864/9 |
572/2 |
ضریب تغییرات (%) |
- |
39/9 |
63/1 |
37/1 |
67/1 |
67/1 |
ns و ** به ترتیب غیر معنیدار و معنیدار در سطح احتمال یک درصد |
با افزایش شدت تنش شوری، درصد سبز شدن بذر، شاخص طولی قدرت و غلظت پروتئینهای محلول گیاهچه گندم بهطور قابلملاحظهای کاهش یافت، به طوری که کمترین قابلیت سبز شدن، شاخص طولی قدرت و غلظت پروتئین در سطح 150 میلیمولار نمک NaCl مشاهده گردید. از سوی دیگر، درصد سبز شدن بذرهای حاصل از بوتههای محلولپاشی شده با نانواکسید روی و آهن و شاخص طولی قدرت و غلظت پروتئینهای محلول گیاهچههای بدست آمده از این بذرها نسبت به شاهد (عدم محلولپاشی) افزایش چشمگیری نشان داد. بالاترین درصد سبز شدن بذر، شاخص طولی قدرت و غلظت پروتئینهای محلول گیاهچه به ترکیب تیماری NP-FeO1500 + NP-ZnO1500 و پایینترین مقدار این صفات به ترکیب تیماری NP-FeO0 + NP-ZnO0 تعلق داشت (جدول 3).
جدول 3- مقایسه میانگین اثرات ساده محلولپاشی و تنش شوری بر درصد سبز شدن بذر، شاخص طولی قدرت و پروتئین برگ گیاهچه گندم
تیمارهای آزمایشی |
سطوح تیماری |
درصد سبز شدن (%) |
شاخص طولی قدرت |
پروتئین محلول (mg.g-1F.W.) |
محلولپاشی برگی NP-FeO&NP-ZnO |
NP-FeO0 + NP-ZnO0 (شاهد) |
f33/87 |
g65/29 |
f99/3 |
NP-FeO750 + NP-ZnO0 |
e50/89 |
f76/31 |
e40/5 |
|
NP-FeO1500 + NP-ZnO0 |
de00/90 |
e26/34 |
cd94/5 |
|
NP-FeO0 + NP-ZnO750 |
de83/89 |
f86/32 |
de53/5 |
|
NP-FeO0 + NP-ZnO1500 |
de50/90 |
de90/34 |
c13/6 |
|
NP-FeO750 + NP-ZnO750 |
bcd33/91 |
cd54/35 |
c31/6 |
|
NP-FeO1500 + NP-ZnO750 |
bc16/92 |
c77/36 |
b92/6 |
|
NP-FeO750 + NP-ZnO1500 |
ab66/92 |
b15/38 |
b00/7 |
|
NP-FeO1500 + NP-ZnO1500 |
a33/93 |
a74/39 |
a06/9 |
|
LSD 5% |
|
75/1 |
24/1 |
47/0 |
تنش شوری |
S0 |
a94/93 |
a77/38 |
a31/7 |
S75 |
b66/90 |
b67/34 |
b36/6 |
|
S150 |
c61/87 |
c10/31 |
bc09/5 |
|
LSD 5% |
|
01/1 |
71/0 |
27/0 |
افزایش غلظت نمک NaCl در خاک گلدانها، موجب تأخیر معنیداری در سبز شدن بذرهای گندم شد. غلظت 150 میلیمولار نمک کمترین سرعت سبز شدن را در مقایسه با سطوح دیگر تنش به خود اختصاص داد. از طرف دیگر، اثر منفی تنش شوری بر سرعت سبز شدن بذرهای حاصل از بوتههای محلولپاشی شده در مقایسه با شاهد (عدم محلولپاشی) تا حدودی رفع گردید، به طوری که توده بذری به دست آمده از بوتههای محلولپاشی شده با غلظتهای بالای نانو اکسید روی و نانو اکسید آهن سریعترین سبز شدن را نسبت به تیمار شاهد (بدون محلولپاشی) در هر سه سطح تنش از خود نشان داد (شکل 1).
شکل1- شاخص سرعت سبز شدن بذرهای گندم متأثر از محلولپاشی نانواکسید روی و آهن و تنش شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد
حضور نمک NaCl در بستر کشت گندم موجب تولید گیاهچههای کوتاهتر و سبکتری نسبت به محیط فاقد نمک گردید. با افزایش غلظت نمک، اثر بازدارندگی تنش شوری بر رشد گیاهچههای گندم شدت یافت. به طوریکه غلظت 150 میلیمولار نسبت به شاهد کمترین طول و وزن خشک گیاهچه را به خود اختصاص داد. از طرف دیگر، محلولپاشی با نانواکسید روی و آهن موجب حصول بذرهایی شد که در سطوح مختلف تنش شوری گیاهچههای طویلتر و سنگینتری در مقایسه با توده بذری شاهد (آب مقطر) تولید کردند. غلظت 1500 پیپیام نانواکسید روی در ترکیب با غلظت 1500 پیپیام نانواکسید آهن طویلترین و سنگینترین گیاهچه را نسبت به تیمار شاهد داشت (شکلهای 2 و 3).
شکل2- طول گیاهچه گندم متأثر از محلولپاشی نانواکسید روی و آهن و تنش شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد
شکل3- وزن خشک گیاهچه گندم متأثر از محلولپاشی نانواکسید روی و آهن و تنش شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد
میزان قند محلول برگ گندم در حضور نمک NaCl بهطور قابلتوجهی افزایش یافت. به طوری که در سطح شوری 75 میلیمولار حدود 5/3 درصد و در تنش 150 میلیمولار حدود 6 درصد نسبت به شاهد (عدم حضور نمک) افزایش در میزان قند محلول گیاهچه گندم ملاحظه گردید. از سوی دیگر تودههای بذری به دست آمده از بوتههای محلولپاشی شده با نانواکسید روی و آهن، در شرایط تنش شوری گیاهچههایی تولید نمودند که مقدار قند محلول آنها بهشدت افزایش یافت. به طوری که محلولپاشی غلظت 1500پیپیام نانواکسید روی همراه با غلظت 1500پیپیام نانواکسید آهن در هر سه سطح شوری بیشترین میزان قند محلول گیاهچه را به خود اختصاص دادند (شکل 4).
افزایش شدت تنش شوری در بستر کشت بذرهای گندم موجب افزایش پرولین آزاد گیاهچه گردید. به طوریکه در غلظت 150 میلیمولار نمک NaCl، محتوای پرولین در حدود 5 درصد نسبت به شاهد (عدم حضور نمک) افزایش نشان داد. در تودههای بذری به دست آمده از بوتههای محلولپاشی شده با ترکیبهای غلظتی نانواکسید روی و آهن، روند صعودی میزان پرولین گیاهچه تحت تنش شوری مشهودتر بود. به نحوی که غلظت 1500پیپیام نانواکسید روی همراه با غلظت 1500پیپیام نانواکسید آهن در سطوح مختلف نمک بالاترین میزان پرولین گیاهچه را به خود اختصاص داد (شکل 5).
شکل4- غلظت قند محلول گیاهچه گندم متأثر از محلولپاشی نانواکسید روی و آهن و تنش شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد
شکل5- غلظت پرولین آزاد گیاهچه گندم متأثر از محلولپاشی نانواکسید روی و آهن و تنش شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد
محتوای کلروفیلهای a و b برگ گیاهچه گندم بهطور معنیداری تحت تأثیر تنش شوری قرارگرفت و با افزایش غلظت نمک کاهش قابل ملاحظهای یافت. به طوریکه سطح 150 میلیمولار با کاهش حدود 12 درصدی در محتوای کلروفیل a و b گیاهچهگندم به شاهد (عدم حضور نمک) کمترین مقدار را داشت. از طرف دیگر بذرهای به دست آمده از بوتههای محلولپاشی شده، یک مقاومت نسبی در برابر تنش شوری ازنظر کلروفیلهای a و b از خود نشان دادند. چراکه تمامی ترکیبهای غلظتی نانواکسید روی و آهن در سطوح مختلف تنش شوری کلروفیلهای a و b بالاتری در مقایسه با شرایط عدم محلولپاشی (شاهد) داشتند. بالاترین مقدار کلروفیلهای a و b برگ گندم در غلظت 1500پیپیام نانواکسید روی همراه با غلظت 1500پیپیام نانواکسید آهن در سطوح مختلف تنش شوری حاصل گردید (شکلهای 6 و 7).
شکل6- محتوای کلروفیل a گیاهچه گندم متأثر از محلولپاشی نانواکسید روی و آهن و تنش شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد
شکل7- محتوای کلروفیل b گیاهچه گندم متأثر از محلولپاشی نانواکسید روی و آهن و تنش شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنیدار در سطح احتمال 5 درصد میباشد
بحث و نتیجهگیری
دراین پژوهش با افزایش شدت تنش شوری، شاخصهای سبز شدن بذر (سرعت و درصد سبز شدن) و رشد گیاهچهی گندم (طول و وزن خشک گیاهچه و شاخص طولی قدرت گیاهچه) کاهش معنیداری داشت. مطابق با نتایج این آزمایش محققان متعددی کاهش شاخصهای جوانهزنی بذر و رشد گیاهچه گندم را تحت تنش شوری گزارش نمودهاند (12و 27). در واقع شوری از طریق کاهش پتانسیل آب و سمیت یونهای خاص از قبیل سدیم و کلر و کاهش یونهای غذایی مورد نیاز نظیر کلسیم و پتاسیم بر جوانهزنی بذر و رشد آنها تأثیر میگذارد (20). در این راستا شمسالدین سعید و همکاران (5) اعلام نمودند که تأثیر منفی کاهش پتانسیل و سمیت یونی ناشی از تنش شوری بر فرایندهای بیوشیمیایی مراحل کاتابولیک (هیدرولیز آنزیمی مواد ذخیرهای بذر) و آنابولیک (ساخت بافتهای جدید با استفاده از مواد هیدرولیز شده در مرحله اول) گیاه موجب کاهش شاخصهای جوانهزنی بذر و رشد گیاهچه میگردد. از طرفی در آزمایش حاضر، محلولپاشی عناصر روی و آهن در گیاه مادری موجب تولید بذرهایی شد که دارای مقاومت نسبی در برابر تنش شوری در مراحل اولیه حیات بودند. بطوریکه استفاده از غلظتهای 1500 پیپیام نانواکسید روی و آهن بهصورت همزمان باعث تولید بذرهایی گردید که در شرایط تنش شوری شاخصهای سبز شدن و رشد گیاهچه بالاتری را نسبت به شاهد از خود نشان دادند. در این راستا با بررسی مطالعات پژوهشگران دیگر، مشاهده شد که استفاده از عناصر روی و آهن موجب بهبود جوانهزنی بذر و رشد گیاهچه گردید که با نتایج این تحقیق مطابقت داشت (2، 16، 36و 37). بطور کلی افزایش غلظت روی در بذرها، آثار فیزیولوژیکی بسیار مهمی بر درصد جوانهزنی بذر و رشد اولیه گیاهچه خواهد داشت (37). به طوریکه آلپاسلان و همکاران (21) گزارش نمودند افزایش غلظت روی موجب تعدیل اثر منفی NaCl در گیاه میشود. عنصر روی در ساخته شدن تریپتوفان که جزیی از ساختمان برخی از پروتئینها است و ترکیبی ضروری برای سنتز هورمون رشد (اکسینها مانند ایندول استیک اسید) به شمار میآید نقش مهمی ایفا میکند. این اسیدآمینه حاصل واکنش بین ایندول و سرین میباشد، که عنصر روی با اثر مستقیم بر آنزیم تریپتوفان سنتتاز (آنزیم ضروری برای انجام واکنش بین ایندول و سرین) موجب افزایش سنتز اسیدآمینه تریپتوفان میگردد (39و 15)، و افزایش اسیدآمینه تریپتوفان درنهایت منجر به افزایش سنتز هورمون اکسین میشود (40). بنابراین به نظر میرسد افزایش اکسین ناشی از حضور عنصر روی میتواند توجیه قابل قبولی برای افزایش رشد گیاه و درنهایت افزایش طول و وزن خشک گیاهچه باشد. از طرفی باتوجه به نتایج بدست آمده در این پژوهش میتوان اظهار داشت که، استفاده از عنصر آهن و روی، از طریق افزایش ترکیبات اسمولیت درونسلولی (پرولین آزاد و قندهای محلول) و کاهش پتانسیل درون گیاه که موجب بهبود جذب آب در شرایط شور میگردد اثرات مثبتی سبز شدن و رشد اولیه گیاهچه دارد.
نتایج آزمایش نشان داد که با افزایش غلظت نمک NaCl غلظت پروتئینهای محلول برگ گندم بشدت کاهش پیدا کرد. همسو بااین نتایج، پژوهشگران متعددی کاهش محتوای پروتئین گیاهان مختلف را تحت تأثیر تنش شوری گزارش نمودند (18و 6). یکی از عواملی که در شرایط تنشهای محیطی ازجمله تنش شوری موجب آسیب به سلولهای گیاهی و جلوگیری از رشد گیاهان میشود، تولید رادیکالهای آزاد اکسیژن میباشد که موجب اکسیداسیون پروتئینها، تغییرات آمینواسیدی و شکسته شدن زنجیرههای پپتیدی میگردد (18). بنابراین کاهش محتوای پروتئین گیاهچههای گندم در شرایط شور میتواند به دلیل هیدرولیز و یا کاهش سنتز پروتئینهای محلول باشد. از سوی دیگر استفاده از نانواکسید روی و آهن موجب افزایش غلظت پروتئین محلول گیاهچههای گندم شد. روی بهعنوان یک عنصر ساختمانی در RNA پلیمراز در سنتز پروتئینها نقش دارد و کاهش میزان پروتئین در گیاهان دارای کمبود روی نتیجه افزایش تجزیه RNA میباشد (32). رودریگرز (31) اعلام کرد که در شرایط کمبود روی میزان بالایی از RNAase وجود دارد. بنابراین میتوان از وجود یک ارتباط مستقیم بین کاربرد روی و فعالیت RNAase و میزان پروتئین گیاه خبر داد. عنصر آهن نیز با حضور در ساختمان پروتئینهای هِم و پروتئینهای آهن- گوگرد (غیر هِم) بر تولید و متابولیسم پروتئین در گیاه تأثیر بسزایی دارد و در صورت کمبود این عنصر در گیاه متابولیسم پروتئینها دچار اخلال میگردد (13).
تشدید شوری خاک موجب افزایش قابل ملاحظهای در غلظت پرولین آزاد و قندهای محلول گیاهچه گندم گردید. بطور کلی شوری خاک هنگامی ایجاد مشکل میکند که غلظت نمکهای محلول خاک در ناحیه ریشه تا حدی بالا باشد که مانع از رشد بهینه گیاه گردد. کاتیونهایی که موجب ایجاد شوری میشوند شامل سدیم، کلسیم و منیزیم و آنیونها شامل کلراید، سولفات و بیکربنات میباشند (13). لذا شوری خاک با افزایش غلظت هرکدام از این ترکیبات در محیط اطراف ریشه نسبت به درون گیاه، باعث ایجاد حالت پژمردگی و نهایتاً کاهش شادابی و رشد میگردد، چرا که گیاه تا زمانی میتواند آب را جذب کند که پتانسیل آب آن پایینتر از محیط باشد (34). معمولاً قسمت عمدهی تنظیم اسمزی در گیاه میتواند از طریق افزایش غلظت انواع مواد محلول رایج ازجمله اسیدهای آلی (مانند پرولین)، قندها و یونها (بخصوص پتاسیم) تداوم یابد (13). لذا به نظر میرسد افزایش تولید پرولین آزاد و قندهای محلول در حضور نمک NaCl، از طریق تداوم تنظیم اسمزی در بوتههای گندم موجب کاهش اثرات سوء تنش شوری گردید. از طرفی استفاده از نانو اکسید روی و آهن موجب افزایش غلظت پرولین آزاد و قندهای محلول در بوتههای گندم رشد یافته در خاک شور شد. فتحی امیر خیز و همکاران (9) اعلام نمود که محلولپاشی عنصر آهن اسیدآمینه پرولین را در گیاه گلرنگ تحت تنش افزایش داد. همچنین محلولپاشی برگی عنصر روی و آهن موجب افزایش قند محلول در گیاهان مختلفی گردید (42و 33). این پژوهشگران اعلام نمودند که اثر مثبت روی بر محتوای قند محلول ناشی از نقش مهم آن در آنزیمهای کلیدی در متابولیسم قندهای محلول است. بنابراین میتوان اظهار داشت که برای جبران حداقل برخی از اثرات مضر تنش شوری، عنصر روی و آهن که نقش فزایندهای در فرایند تنظیم اسمزی (بهواسطه افزایش پرولین و قندهای محلول) ایفا میکنند میتوانند در مقاومت به تنش شوری گیاه گندم مؤثر باشند.
دراین تحقیق با افزایش شدت تنش شوری، محتوای کلروفیلهای a و b بهطور معنیداری کاهش یافت. پژوهشگران متعددی نیز اعلام کردند که تنش شوری سبب کاهش کلروفیل در برگ گندم شد (4و 11). در واقع تغییرات کلروفیل بهعنوان یک واکنش کوتاهمدت به تنش در نظر گرفته میشود. بطوری که در تنش شوری، به علت افزایش بیشازحد یون سدیم در گیاه، کلروفیل آسیبدیده و تخریب میگردد (13). علاوه بر این به نظر میرسد که کاهش مقدار کلروفیل تحت تنش بهواسطه اثر کلروفیلاز، پراکسیداز و ترکیبات فنولی و درنتیجه تجزیه کلروفیل باشد (23). کاربرد نانواکسید روی و آهن موجب بهبود اثرات سوء ناشی از تنش شوری ازنظر محتوای کلروفیلهای a و b برگ گندم گردید. پورفوبیلینوژن (Porphobilinogen) پیش ماده کلروفیل میباشد که برای تشکیل این ماده منیزیم و روی مورد نیاز است، بنابراین در حضور روی تشکیل کلروفیل تسهیل میگردد (38). لذا به نظر میرسد دلیل افزایش محتوای کلروفیلهای a و b در برگ گندم تحت تأثیر عنصر روی نیز ناشی از همین اثر باشد. از طرفی کاهش کلروفیل (زردی برگ) آشکارترین نشانه کمبود آهن است. عوامل گوناگونی مسئول این کاهش هستند، که مستقیمترین آنها به نقش آهن در ساختن کلروفیل مرتبط است. ماشنر (32) عنوان نمود که ماده مشترک لازم برای ساختن کلروفیل و پروتئین هِم، اسید دلتا-آمینولوولینیک (d-aminolevulinic acid) است که تشکیل آن توسط آهن مهار میشود. بنابراین افزایش کلروفیل برگهای گندم تحت تأثیر نانواکسید آهن میتواند به دلیل نقش این عصر در مسیر ساخت کلروفیل باشد.
در کل میتوان از این پژوهش نتیجهگیری کرد که، بذرهای حاصل از بوتههای گندم محلولپاشی شده با نانو اکسید روی و آهن قابلیت تحمل به تنش شوری بالایی را از خود نشان دادند. به طوری که در حضور نمک شاخصهای سبز شدن و رشد گیاهچه در این بذرها نسبت به شاهد در سطح بالاتری بود. همچنین در سطوح مختلف شوری محتوای پرولین، قندهای محلول و کلروفیلهای a و b گیاهچه حاصل از بذرهای بدست آمده از بوتههای محلولپاشی شده با نانواکسید روی و آهن نسبت به شاهد در سطح بالاتری بودند. درمجموع تمامی سطوح نانو اکسید روی و آهن در مقایسه با شاهد (عدم محلولپاشی) اثرات مثبتی در جهت تحمل به تنش شوری در مرحله سبز شدن از خود نشان دادند، اما بذرهای بدست آمده از بوتههای محلولپاشی شده با غلظتهای بالای نانواکسید روی و آهن بهصورت همزمان (غلظت 1500 پیپیام نانو اکسید روی+ 1500 پیپیام نانو اکسید آهن) از تحمل به تنش بالاتری برخوردار بودند. لذا باتوجه به نتایج حاصل، میتوان توصیه نمود که در مزارع تولید بذر گندم جهت تولید بذرهای باکیفیت بالا و قابلیت تحمل به تنش شوری گیاهچههای حاصل، از محلولپاشی برگی نانواکسید روی و آهن در غلظتهای بهینه استفاده گردد.