Effect of osmopriming on germination and physiological qualitative characteristic of Pinus eldarica Medw seed under drought stress.

Document Type : Research Paper

Authors

Abstract

In order to study on effect of osmopriming on seed germination of Pinus eldarica Medw under drought stress, a factorial experiment in randomized completely design carried out at the laboratory of Tarbiat Modares University with three replications and four levels of priming (control and osmopriming with duration 24, 48 and 72 hours) and eight levels of drought stress (0, -2, -4, -6, -8, -10, -12 and -14 bar) by Polyethylene glycol 6000. For this purpose, the seeds were kept for 35 days in germinator at 20 ± 0.5 °C. The results indicated that priming and drought stress and their interaction had significant effect on germination percent, germination speed, germination energy and vigor index. The highest and lowest mean of germination parameters was observed in osmopriming with duration 72 hour under 0 bar and control under -6 bar respectively, except mean germination time. In interaction of priming and drought stress, germination traits in control seeds inhibited in drought levels more than -6 bar but germination in primed seeds continued until drought -14 bar.

Keywords

تأثیر اسموپرایمینگ بر جوانه­زنی و شاخص­های فیزیولوژیکی بذر کاج تهران (Medw. Pinus eldarica) در شرایط تنش خشکی 

زینب جوانمرد، مسعود طبری کوچکسرایی* و فاطمه احمدلو 

نور، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده منابع طبیعی، گروه جنگل‌داری

تاریخ دریافت: 15/2/91               تاریخ پذیرش: 18/2/92 

چکیده 

به‌منظور بررسی اثر اسموپرایمینگ بر جوانه­زنی بذر Pinus eldarica در تنش خشکی، آزمایشی بصورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار و 4 سطح پرایمینگ (0، 24، 48 و 72 ساعت) و 8 سطح تنش خشکی (0، 2-، 4-، 6-، 8-، 10-، 12- و 14- بار) با استفاده از پلی­اتیلن­گلایکول 6000 در آزمایشگاه مطالعات بذر دانشگاه تربیت مدرس انجام شد. پس از پرایمینگ، بذرها بمدت 35 روز در ژرمیناتور در دمای C 5 ± 20 نگهداری شدند. نتایج نشان داد که تیمار پرایمینگ و تنش خشکی و اثر متقابل آنها روی درصد جوانه­زنی، سرعت جوانه­زنی، قدرت جوانه­زنی و شاخص بنیه بذر اثر معنی‌دار داشتند. به‌طوری‌که تیمار اسموپرایمینگ با مدت زمان 72 ساعت در سطح تنش خشکی صفر بار و پرایم نشده در سطح تنش خشکی 6- بار به‌ترتیب بیشترین و کمترین میانگین همه شاخص­های جوانه­زنی (بجز میانگین زمان جوانه­زنی) را دارا بودند. در اثر متقابل پرایمینگ و تنش خشکی تمامی صفات جوانه­زنی در بذرهای پرایم نشده در سطوح تنش خشکی بیشتر از 6- بار متوقف شد ولی جوانه­زنی بذرهای پرایم شده حتی تا تنش 14- بار نیز مشاهده شد.

واژه‌های کلیدی: پلی­اتیلن­گلایکول 6000، تنش اسمزی، شاخص بنیه بذر، قدرت جوانه­زنی

* نویسنده مسئول، تلفن: 09112246250 ، پست‌الکترونیکی: [email protected]

مقدمه 

 

خشکی یکی از فاکتورهای محدود کننده رشد گیاهان می باشد که می­تواند موجب کاهش یا تأخیر در جوانه­زنی، سرعت رشد اندام­ها و کاهش تولید ماده خشک گردد (27). از طرفی جوانه­زنی بذر به‌عنوان اساسی­ترین مرحله تعیین­کننده رشد گیاه می­باشد و فرایند پیچیده و چند مرحله­ای است که توسط تعداد زیادی ژن وابسته به محیط کنترل می­شود (30). بذر­های بالغ خشک، اندام­های در حال رکودی هستند که فعالیت متابولیکی آنها تقریباً در حال سکون می­باشد و برای جوانه­زنی و انجام فعالیت­های متابولیکی آنزیم­های هیدرولیز­کننده موجود در جنین، نیازمند جذب آب، دمای مناسب و اکسیژن کافی می­باشند (24). به‌طوری که رفتار فیزیکی جذب آب منجر به فعال شدن فرایندهای متابولیکی بذر شده و به دنبال آبگیری، جوانه­زنی بوقوع می­پیوندد (37). بعبارت دیگر، تقریباً کلیه واکنش­های متابولیکی و هورمونی سلول تحت تأثیر کمبود آب قرار گرفته و تولید و فعالیت آنزیم­ها و در نتیجه سنتز پروتئین کاهش و حتی در تنش­های شدید از بین می­رود و در نهایت بر رشد سلول تأثیر می­گذارد (4).  

در شرایط آزمایشگاه می­توان تنش خشکی را با استفاده از محلول­های مصنوعی ازجمله پلی­اتیلن­گلایکول 6000 (PEG) به دلیل اطمینان از یکنواخت بودن توان پتانسیل آب در اطراف بذرهای مختلف و نیز امکان سطح تماس یکسان بین بذر و محیط ایجاد کرد (25). همچنین عوامل ایجاد­کننده تنش در محیط کشت می­تواند واکنش القاء کننده تحمل در بافت­های گیاه را نمایان سازد، به‌طوری که میزان جذب آب توسط اثرات منفی محلول رطوبتی پتانسیل اسمزی (PEG) کنترل می­شود (39). مطالعات بسیاری در خصوص اثرات تنش اسمزی با پلی­اتیلن­گلایکول در مورد درختان سوزنی­برگ در نقاط مختلف دنیا انجام شده است، ازجمله Muscolo و همکاران  کاهش معنی­داری در صفات فیزیولوژیکی بذر کاج بادامی (L. Pinus pinea) با اعمال 4 سطح رطوبتی 3-، 8/5-، 8-، 5/10- بار مشاهده کردند (37). Ahmadloo و همکاران با در نظر گرفتن 5 سطح رطوبتی (0، 2-، 4-، 6- و 8- بار) به این نتیجه رسیدند که در پتانسیل اسمزی 8- بار، درصد جوانه­زنی بذرهای سرو نقره‌ای (Cupressus arizonica var arizonica Greene.) و زربین (sempervirens var. horizantalis (Mill.) Gord C.) نسبت به شاهد به‌ترتیب 62% و 72% کاهش یافت و همچنین کمترین سرعت جوانه­زنی در هر دو گونه در پتانسیل اسمزی 8- بار مشاهده شد (9).

یکی از تکنیک­های ساده و ارزان برای افزایش درصد و سرعت جوانه­زنی، خروج یکنواخت­تر و سریع­تر گیاهچه، کاهش ناهمگنی فیزیولوژیکی در استقرار گیاهچه، حذف یا ضعیف کردن موانع برای رشد جنین، مقاومت به تنش­های زنده مانند حمله آفات و مقابله با تنش­های محیطی ازجمله تنش خشکی، تنش شوری و درجه حرارت­های پایین، حذف کمون بذر و اصلاح سلول­های زوال یافته با استفاده از پرایمینگ بذر است (13،8). پرایمینگ در حقیقت روشی است که قبل از جوانه­زنی بذر اعمال می­شود و در آن سطح جذب آب در بذر کنترل شده و تا سطحی ادامه می­یابد که فعالیت‌های اولیه جوانه­زنی مثل فعال شدن هورمون­ها، آنزیم­ها و شکستن بافت­های ذخیره شده در بذر شروع شده اما از خروج ریشه‌چه جلوگیری می­شود (34). از رایج‌ترین تکنیک­های پرایمینگ، می­توان به اسموپرایمینگ اشاره نمود که از طریق فعالیت­های احتمالی همانند فعال سازی و سنتز بعضی از آنزیم­ها و هورمون­ها، سنتز DNA و RNA، تولید ATP، بهبود غشای سیتوپلاسمی و هیدرولیز قندها و انتقال مواد ذخیره­ای در بذر و آغاز مجدد چرخه سلولی (14) عملکرد جوانه­زنی را افزایش می­دهد. در این خصوص مطالعات مختلفی توسط محققان انجام شده است. ازجملهAdams  در بررسی تأثیر اسموپرایمینگ بر جوانه­زنی بذر گونه­های verrucosa A.Cunn. Ex Endl. Callitris وMiq. C. preissii با سطح اسمزی 5/1- بار و بمدت 50 روز نتیجه گرفت که میانگین زمان جوانه­زنی هر دو گونه نسبت به شاهد کاهش یافت (6). Brancalion و همکاران در آزمایش تأثیر بکارگیری تیمار اسموپرایمینگ (پتانسیل اسمزی 8- بار با مدت زمانهای 11، 24، 48، 72 و 96 ساعت) بر جوانه­زنی بذر گونه Kuntze DC. Mimosa bimucronata نتیجه گرفتند که در همه بذرهای پرایم شده، درصد جوانه­زنی، سرعت جوانه­زنی و طول گیاهچه بیشتر از بذرهای پرایم نشده بود (19). Brancalion و همکاران با بررسی اثر اسموپرایمینگ با غلظت 8- بار و با زمان­های 56 و 88 ساعت بر ویژگی­های جوانه­زنی بذر گونه
ulmifolia Lam. Guazuma نتیجه گرفتند که همه بذرهای پرایم شده درصد جوانه­زنی، سرعت جوانه­زنی و طول گیاهچه بیشتری نسبت به بذرهای تیمار شاهد نشان دادند (20).

امروزه عملیات جنگل­کاری به‌ویژه با سوزنی­برگان در مناطق مختلف کشور بسیار توسعه یافته است. ازجمله گونه­های سوزنی­برگ می­توان به کاج تهران (Medw Pinus eldarica) اشاره داشت که بطور گسترده­ای در جنگل­کاری­ها و فضای سبز شهری در مناطق خشک و نیمه‌خشک تا نیمه مرطوب کشور و احیای زمین­های مخروبه استفاده می­شود. کسب آگاهی در خصوص رفتار جوانه­زنی بذر گونه مورد مطالعه به تنش خشکی و میزان اثربخشی تکنیک پرایمینگ تحت شرایط تنش خشکی برای استقرار موفقیت­آمیز آن برای مناطق مختلف جنگل­کاری امری ضروریست. در بسیاری از نهالستان­های منطقه خشک و نیمه‌خشک کشور، نهال تولیدی گونه کاج تهران در مواجه­ با شرایط خشکی درصد استقرار کمی پیدا می­کند. بنابراین پژوهش حاضر به‌منظور بررسی تأثیر تیمار اسموپرایمینگ بر برخی صفات فیزیولوژیکی بذر کاج تهران تحت تنش خشکی در شرایط آزمایشگاه انجام شده است.

مواد و روشها

پژوهش حاضر در آزمایشگاه مطالعات بذر دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس انجام شد. بذرهای مورد استفاده در این پژوهش از مرکز بذر جنگلی خزر آمل با مشخصات مبدأ خراسان، قوه نامیه 93%، خلوص 7/99%، رطوبت 9%، تعداد 17000 در کیلوگرم و وزن هزار دانه 93/67 گرم و یکنواختی در اندازه و وزن تهیه شدند.

آزمایش اسموپرایمینگ: برای انجام تیمار اسموپرایمینگ، ابتدا 600 عدد بذر کاج تهران برای هر یک از مدت زمان­های 24، 48 و 72 توزین و در داخل کیسه‌های توری جداگانه (بطور کلی 3 کیسه) قرار داده شد. در ضمن 600 عدد بذر در یک کیسه (به‌عنوان شاهد) نیز در دمای 20 درجه سانتی‌گراد تا قبل از انجام آزمایش جوانه­زنی ذخیره شد. سپس برای انجام مطالعه اسموپرایمینگ کیسه­های حاوی بذر بمدت زمان­های 24، 48 و 72 ساعت در محلول پرایمر اسمزی 2- بار در دمای 20 درجه سانتی­گراد شناور و در شرایط تاریکی در انکوباتور قرار داده شدند (15). برای ایجاد این سطوح پتانسیل­ اسمزی از پلی­اتیلن­گلایکول 6000 از رابطه 1 استفاده گردید (35):


 [1]      

 

 

Ψ s= پتانسیل اسمزی پلی­اتیلن­گلایکول 6000 بر حسب بار، C= مقدار گرم از پلی­اتیلن­گلایکول 6000 در یک کیلوگرم آب و T= دمای محلول برحسب درجه سانتی­گراد (20 درجه سانتی­گراد) می‌باشد. همچنین برای اندازه­گیری دقیق پتانسیل اسمزی محلول از دستگاه اسمومتر (Wescor-5520 USA) نیز استفاده شد. محلول­های تهیه شده با پلی­اتیلن­گلایکول به‌منظور حل شدن در آب بمدت 16 ساعت درون دستگاه لرزاننده قرار داده شدند.

فرایند پرایمینگ از لحاظ زمانی بگونه­ای انجام شد که در پایان آن همه تیمارها بطور همزمان از محلول پرایمر اسمزی خارج شدند. تمامی بذرهای پرایم شده بعد از خروج از محلول بمدت 2 دقیقه با آب مقطر برای رفع مواد باقیمانده روی بذرها شستشو شدند. فرایند خشکاندن بذرهای پرایم شده در دمای اتاق با توزین روزانه آنها تا رسیدن میزان رطوبت به مقدار قبل از پرایم شدن انجام شد و با رسیدن رطوبت بذرهای پرایم شده به رطوبت اولیه قبل از پرایم شدن، فرایند اسموپرایمینگ پایان یافت (19).

آزمایش تنش خشکی: آزمایش تحت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار و 4 سطح اسموپرایمینگ (شاهد، 24 ساعت، 48 ساعت و 72 ساعت) و 8 سطح تنش خشکی (0، 2-، 4-، 6-، 8-، 10-، 12- و 14- بار) مطابق جدول 1 انجام شد. در ابتدای آزمایش جوانه­زنی مجموعه پتری‌دیش­ها (96 عدد) و بستر بذر (کاغذ واتمن) در اتوکلاو در دمای 121 درجه سانتی­گراد و بمدت 20 دقیقه استریل شد. بذرها با تعداد 2400 عدد (بذرهای شاهد و بذرهای پرایم شده با مدت زمانهای 24، 48 و 72 ساعت) با قارچ‌کش کربوکسین تیرام (2 در هزار) ضدعفونی و بعد با آب مقطر شسته شدند. برای هر کدام از سطوح تنش خشکی (8 سطح) 3 تکرار 25 تایی از بذرهای پرایم شده و شاهد در داخل پتری‌دیش­هایی با قطر 9 سانتی­متر و دو لایه کاغذ صافی واتمن قرار داده شد؛ سپس محلول­های تهیه شده خشکی با سطوح 0، 2-، 4-، 6-، 8-، 10-، 12- و 14- بار (برای هر پتری­دیش 6 میلی­لیتر) هر 48 ساعت یک­بار به پتری­دیش­ها اضافه شدند (18). پتری­دیش­های حاوی بذر بمدت 35 روز در ژرمیناتور با تنظیم 16 ساعت روشنایی (شدت نور 1000 لوکس)، رطوبت نسبی 65% و دمای C◦ 5 ± 20 نگهداری گردیدند (28). در طی دوره آزمایش به‌منظور ممانعت از تجمع محلول در محیط بذر و ثابت ماندن پتانسیل رطوبتی، کاغذ­های صافی هر 5 روز یک‌بار تعویض شد (18).

شمارش بذرهای جوانه­زده با مشاهده اولین بذر جوانه­زده آغاز شد و بصورت روزانه تا سبز شدن تمامی بذرهای واجد قوه­نامیه و اطمینان از تمام شدن جوانه­زنی بذرها ادامه یافت.

 

جدول 1- روش تعیین پتانسیل‌های تنش خشکی 

سطح تنش 

طرز تهیه محلول

0 بار 

100 گرم آب مقطر

2- بار 

29/11 گرم پلی­اتیلن­گلایکول + 100 گرم آب

4- بار 

02/17 گرم پلی­اتیلن­گلایکول + 100 گرم آب

6- بار 

47/21 گرم پلی­اتیلن­گلایکول + 100 گرم آب

8- بار 

23/25 گرم پلی­اتیلن­گلایکول + 100 گرم آب

10- بار 

55/28 گرم پلی­اتیلن­گلایکول + 100 گرم آب

12- بار 

56/31 گرم پلی­اتیلن­گلایکول + 100 گرم آب

14- بار 

32/34 گرم پلی­اتیلن­گلایکول + 100 گرم آب

 

جدول 2- فرمول محاسباتی شاخص­های جوانه­زنی

شماره معادله

صفات مورد مطالعه

نحوه محاسبه صفات

منابع

[2]

جوانه­زنی (درصد)

GR= n/(N×100)

(38)

[3]

سرعت جوانه­زنی (بذر در روز)

GS= ∑(ni/ti)

((29)

[4]

میانگین زمان جوانه­زنی (روز)

MGT= å (ni .ti) / ån

(29)

[5]

قدرت جوانه­زنی (درصد)

GE= Mcgr/(N ×100)

(38)

[6]

شاخص بنیه بذر

SVI= GR × Mean (Sl+Rl)/100

(28)

n= تعداد کل بذرهای جوانه زده در طی دوره                ni = تعداد بذرهای جوانه زده در یک فاصله زمانی مشخص ti (در این تحقیق هر 3 روز)

N = تعداد بذرهای کاشته شده (در این تحقیق 25 بذر)   Mcgr = حداکثر درصد تجمعی بذرهای جوانه­زده

ti = تعداد روزهای پس از شروع جوانه‌زنی               Sl= طول ساقه‌چه و Rl= طول ریشه ‌چه

 

جدول3- نتایج تجزیه واریانس شاخص­های جوانه­زنی با تیمارهای پرایمینگ و تنش خشکی و اثر متقابل آنها

منابع تغییرات 

درجه آزادی

 

جوانه­زنی

(درصد)

سرعت جوانه­زنی

(بذر در روز)

میانگین زمان جوانه­زنی

(روز)

قدرت جوانه­زنی (درصد)

شاخص بنیه بذر

پرایمینگ 

3

F

561/42

306/92

163/64

856/60

732/183

P

*000/0

*000/0

*000/0

*000/0

*000/0

تنش خشکی 

7

F

9/52

219/31

131/6

551/48

419/187

P

*000/0

*000/0

*000/0

*000/0

*000/0

پرایمینگ*تنش خشکی 

21

F

923/1

012/3

456/0

592/1

636/4

P

*024/0

*000/0

*962/0

*008/0

*000/0

*معرف معنی­دار بودن اختلاف بین میانگین­هاست.

 

معیار جوانه­زنی بذر، خروج ریشه­چه به طول حداقل 2 میلی­متر بود (41). برای اندازه­گیری طول ریشه­چه و ساقه­چه از هر پتری­دیش بطور تصادفی 7 نمونه برداشت شد و بعد قسمت هوایی و ریشه­چه از هم جدا شدند و با خط­کش بر حسب میلی­متر محاسبه شد. آنگاه با استناد بر معادلات ارائه شده توسط محققان (جدول 2) اندازه­های صفات جوانه­زنی انجام شد.

تحلیل آماری داده­ها با استفاده از نرم‌افزار (Ver. 17) SPSS انجام شد. ابتدا شرط نرمال بودن داده­ها با آزمون کولموگروف-اسمیرنوف و همگنی واریانس داده­ها به وسیله آزمون لون آزمایش شد. سپس برای تعیین اختلاف آماری داده­ها از آزمون تجزیه واریانس دو طرفه و برای مقایسه میانگین­ها در صورت همگنی واریانس­ها، از آزمون چند دامنه‌ای دانکن و در صورت عدم همگنی واریانس­ها از آزمون دانت تی 3 استفاده شد. برای تعیین رابطه بین تیمارهای پرایمینگ و تنش خشکی با درصد جوانه­زنی نیز از رگرسیون چندگانه استفاده شد.

نتایج

نتایج تجزیه واریانس نشان می‌دهد که تأثیر تیمارهای پرایمینگ و تنش خشکی روی همه صفات جوانه­زنی مورد مطالعه معنی­دار است اما اثر متقابل پرایمینگ و تنش خشکی روی همه صفات مورد بررسی بجز میانگین زمان جوانه­زنی اثر معنی­داری دارد (جدول 3).

همانگونه که در جدول 4 نیز مشخص است تیمار پرایمینگ با مدت زمان 72 ساعت در سطح تنش خشکی صفر بار و تیمار پرایم نشده در سطح تنش خشکی 6- بار به‌ترتیب بیشترین و کمترین میانگین همه شاخص­های جوانه­زنی بجز میانگین زمان جوانه­زنی را دارا می­باشند و بیشترین میانگین زمان جوانه­زنی در تیمار پرایم نشده مشاهده می­شود (جدول 4). مقایسه میانگین اثر تنش خشکی بر صفات مورد بررسی نشان داد که بطور کلی در همه تیمارهای پرایمینگ و شاهد تنش خشکی اثر کاهنده­ای بر درصد جوانه­زنی، سرعت جوانه­زنی، قدرت جوانه­زنی و شاخص بنیه داشته است؛ در نتیجه با افزایش میزان تنش و غلظت پلی­اتیلن­گلایکول از میزان صفات جوانه­زنی مذکور کاسته شده است، به‌نحوی‌که این صفات جوانه­زنی در بذور پرایم نشده در سطوح تنش خشکی بیشتر از 6- بار متوقف شده، اما در بذرهای پرایم شده با وجود کاهش صفات مذکور حتی در تنش 14- بار نیز جوانه­زنی متوقف نشده است. به‌هرحال افزایش تنش خشکی بطور کلی باعث افزایش معنی­دار میانگین زمان جوانه­زنی در همه تیمار­های پرایمینگ و پرایم نشده گردید.

معادله رگرسیونی تیمارها: مدل ارائه شده در جدول 5، معادله رگرسیونی بین تیمار­های پرایمینگ و سطوح مختلف تنش خشکی با درصد جوانه‌زنی را نشان می­دهد. به‌طوری‌که ضرایب پارامترها و همچنین ضریب تعیین چندگانه (R2) مدل برای تیمارهای پرایمینگ و تنش خشکی معنی­دار بودند (جدول 5).

بحث و نتیجه­گیری

پرایمینگ: طبق نتایج تحقیق حاضر، تیمار پرایمینگ بر درصد جوانه­زنی تأثیر معنی‌دار داشت که با نتایج تحقیقات Balltista-Calles و همکاران در موردCarica papaya L.  و Brancalion و همکاران در مورد Guazuma ulmifolia مطابقت دارد (15 و 20). توسعه و نمو جنین طی پرایمینگ باعث فشردگی آندوسپرم می­شود (36). بدنبال این نیروی فشار جنین و فعالیت­های هیدرولیکی دیواره­ی سلولی آندوسپرم ممکن است منجر به تخریب بافت­هایی شود که انعطاف‌پذیری خود را بعد از خشک شدن از دست داده­اند و همین امر منجر به سهولت خروج ریشه­چه پس از آبدهی بذر شود (31). تکنیک اسموپرایمینگ ممکن است از طریق فعالیت­های احتمالی همانند فعال شدن تنفس (16)، همانند سازی DNA، تحریک فعالیت RNA و در نتیجه پروتئین سازی، ترمیم غشای سلولی، افزایش هورمون­های محرک جوانه­زنی، فعال­سازی آنزیم­ها، تجزیه بخشی از پروتئین­‌ها و کربوهیدرات­‌ها، حذف رادیکال­های فعال اکسیژن و آغاز مجدد چرخه سلولی (14) باعث بهبود درصد جوانه­زنی ­­شود.

 

جدول4- میانگین شاخص­های جوانه­زنی در تیمارهای اثر متقابل اسموپرایمینگ و تنش خشکی 

 

تیمار تنش خشکی

جوانه­زنی

(درصد)

سرعت جوانه­زنی

(بذر در روز)

میانگین زمان جوانه­زنی (روز)

قدرت جوانه­زنی

(درصد)

شاخص بنیه بذر

شاهد (پرایمینگ صفر ساعت) 

0 (آب مقطر)

b(7/2)75/69

d-j(4/0)09/1

b-e(1/1)00/13

b-e(7/1)4/31

c(8/3)68/54

2-

b-e(7/1)85/54

e-k(1/0)84/0

b (3/1)26/14

h-k(5/1) 28/25

h-j(7/1)69/19

4-

h-j(4/2)84/24

j-l(3/0)47/0

a(2/2)4/18

k-m(05/0)28/12

ij(07/0)34/17

6-

jk(6/1)27/10

kl(01/0)31/0

a(4/2)44/19

k-m(07/0)79/11

kl(9/0)01/6

8-

-

-

-

-

-

10-

-

-

-

-

-

12-

-

-

-

-

-

14-

-

-

-

-

-

پرایمینگ 24 ساعت 

0 (آب مقطر)

a (5/3)60/90

c-h(3/0)24/1

d-j(7/0)28/10

a-c(7/2)23/50

b18/64

2-

b-d(4/2)12/64

c-g(29/0)3/1

b-h(8/0)08/11

b-f(26/3) 1/44

c(3/3)25/52

4-

c-g(6/1)97/46

d-k(26/0)93/0

b-g(5/0)21/12

c-g(29/2)62/39

e-g62/32

6-

e-i(1/0)22/38

g-k(02/0)71/0

b-f(3/0)75/12

g-k(26/1)64/25

de(5/2)98/41

8-

e-i(5/2)27/42

g-k(09/0)72/0

b-d(2/1)51/13

f-i(7/2)33/31

fg(4/2)98/29

10-

e-j (3/1)69/34

i-l(00/0)52/0

b-g(1/1)81/12

j-l(4/1)16

g-i(9/0)01/24

12-

f-k(8/1)27/30

kl(00/0)31/0

bc(2/1)63/13

k-m(87/0)53/12

ij(7/1)34/16

14-

j-l(00/0)12/17

h-l(00/0)59/0

bc(4/0)74/13

lm(3/0)33/9

j-l(3/1)2/10

 

0 (آب مقطر)

a (3/1)65/88

b(2/0)2/2

jk(1/0)55/8

ab(6/0)55

a (9/3)86/92

 

2-

b(3/2)75/69

c-h(1/0)19/1

i-k(2/0)99/8

b-d(6/2)87/48

b(5/2)31/65

 

4-

b-e(6/2)87/51

c-i(1/0)16/1

g-k(6/0)48/9

e-h(7/1)93/33

c(6/2)38/54

پرایمینگ 48 ساعت 

6-

d-h(5/2)37/43

d-j(1/0)98/0

g-k(4/0)34/9

d-h(7/1)44/35

cd(7/1)85/46

 

8-

d-h(1/2)38/44

d-j(2/0)98/0

e-j(3/0)96/9

h-k(2/1)16/25

ef(8/2)36/36

 

10-

e-i(7/1)12/38

g-k(00/0)65/0

c-i(9/2)69/10

i-l(1/1)20

fg(7/1)47/30

 

12-

g-i(3/2)28

kl(01/0)31/0

g-k(6/0)51/9

k-m(9/0)938/11

ij(6/0)13/18

 

14-

i-l(4/1)51/19

kl(00/0)31/0

b-h(3/0)07/11

lm(9/0)54/9

jk(3/1)89/10

پرایمینگ 72 ساعت 

0 (آب مقطر)

a(1/2)34/91

a(8/0)13/4

k(5/0)42/7

a (5/1)5/62

a(7/3)13/96

2-

bc(6/3)52/67

b(4/0)16/2

h-k(5/0)74/8

ab(4/1)11/55

b(1/3)03/67

4-

b-e(9/2)07/55

bc(3/0)75/1

g-k(6/0)53/9

c-h(1/1)27/37

c(9/1)44/53

6-

d-h(4/1)37/43

cd(3/0)51/1

h-k(1/0)12/9

e-i(6/0)72/32

d-f(8/0)75/3

8-

b-e(9/2)9/55

cd(3/0)56/1

h-k(2/0)96/8

c-h(6/1)57/36

d-f(2/2)97/3

10-

b-e(5/2)84/54

c-f(00/0)38/1

g-k(15/0)36/9

e-h(7/1)33/34

f-h(7/2)69/2

12-

e-i(9/2)33/39

c-e(02/0) 44/1

g-k(3/0)4/9

g-j(2/1)38/28

g-i(7/3)14/25

14-

c-g(7/2)97/46

c-g(00/0)26/1

g-k(1/0)81/9

f-i(3/1)57/31

i-k(5/1)96/14

اعداد داخل پرانتز اشتباه معیار هستند.       علامت – معرف عدد صفر در ارزش­های مطالعه شده است. 

حروف مختلف کوچک در ستون مربوط به هر پارامتر و مربوط به 56 تیمار مبین معنی­دار بودن میانگین­ در سطح 05/0 با استفاده از آزمون دانکن می‌باشد (مقایسه میانگین­های پارامتر میانگین زمان جوانه­زنی بعلت ناهمگن بودن داده­ها با استفاده از آزمون دانت تی 3 انجام شد). 

 

جدول 5- پارامترها و ضریب تعیین چندگانه برای تعیین درصد جوانه­زنی بذرهای کاج تهران در تیمارهای اسموپرایمینگ و تنش خشکی 

پارامترهای مدل 

مقدار 

خطای استاندارد 

سطح احتمال 

a 

5/10

49/1

**000/0

b 

36/4-

38/0

**000/0

c

14/48

91/4

**000/0

2R

661/0

-

**000/0

مدل

14/48+2X36 /4-1X5/10 Y=

 

 

**: معرف معنی­دار بودن اختلاف بین میانگین­هاست.         1X= تیمار پرایمینگ و 2X= تنش خشکی  

 

در تحقیق حاضر افزایش طول مدت پرایمینگ باعث افزایش سرعت جوانه­زنی و کاهش میانگین زمان جوانه­زنی شد. در این راستا Adams و همکاران با بررسی اثر اسموپرایمینگ روی C. vercuosa و C. preissii دریافتند که اسموپرایمینگ باعث افزایش سرعت جوانه­زنی و کاهش میانگین زمان جوانه­زنی هر دو گونه شد (6). Afzal و همکاران گزارش کردند که افزایش سرعت جوانه­زنی بذرهای پرایم شده نسبت به بذرهای شاهد ممکن است به افزایش فعالیت ‌آنزیم‌­های تجزیه­کننده مثل آلفا– ‏‏آمیلاز، افزایش سطح شارژ انرژی زیستی بصورت افزایش مقدار ATP، افزایش سنتز RNA و DNA، افزایش تعداد و ارتقاء عملکرد میتوکندری‌­ها نسبت داده شود (7). علت کاهش میانگین زمان جوانه­زنی در طول زمان طولانی اعمال پرایمینگ در گزارش Bose و Mishra به افزایش احتمالی سرعت تقسیم سلولی در بذرهای پرایم شده نسبت داده شد (17). همچنین در اثر سنتز DNA، RNA و پروتئین در طی پرایمینگ (33) بسیاری از مراحل فیزیولوژیکی کامل شده و بذر در آستانه جوانه­زنی قرار گرفته است (19،23) و به محض جذب آب و احیا شدن متابولیسم بذر، جوانه­زنی شروع می­شود و در نتیجه میانگین زمان جوانه­زنی کاهش می­یابد. همچنین آنزیم­هایی مانند آمیلاز، پروتئاز و لیپاز نقش مهمی در شروع رشد و توسعه جنین دارند. افزایش فعالیت این آنزیم­ها طی پرایمینگ باعث کاهش میانگین زمان جوانه­زنی می­شود.

طبق نتایج تحقیق حاضر قدرت جوانه­زنی و شاخص بنیه بذرهای پرایم شده نسبت به شاهد افزایش یافت. قدرت جوانه­زنی بذر بدلیل اینکه جوانه­زنی و یکنواخت سبز شدن را در شرایط عرصه برای ما مشخص می­کند از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. Ruan و همکاران (40) و Brancalion و همکاران (20) روی Guazuma ulmifolia ضمن دستیابی به نتایج مشابه دریافتند که تکنیک پرایمینگ احتمالا باعث ترمیم غشای آسیب دیده بذر (در نتیجه زوال) و همچنین تغییرات در رشد محور جنینی و نمو در مراحل بعدی و در نتیجه افزایش قدرت جوانه­زنی می­شود. علت افزایش شاخص بنیه می­تواند مربوط به حرکت ذخایر غذایی، فعالیت و سنتز مجدد بعضی آنزیم­ها، شروع سنتز مجدد RNA و DNA و رشد سریع جنین بدنبال برطرف شدن موانع جوانه­زنی در پرایمینگ اسمزی باشد (14).

تنش خشکی: در تحقیق حاضر اثر کاهنده­ی تنش خشکی روی درصد جوانه­زنی با تحقیقات Gholami و همکاران (25) در بررسی جوانه­زنی چهار گونه بادام وحشی (Wild Almond) و An و همکاران (12) رویPeriploca sepium Bunge  مطابقت دارد. کاهش درصد جوانه­زنی با افزایش تنش خشکی در بذر گونه مورد مطالعه می­تواند مربوط به ممانعت از جذب آب توسط بذر در شرایط تنش خشکی باشد. بطور ­کلی جوانه­زنی بذر با جذب آب آغاز و بوسیله حوادث پیاپی بیوشیمیایی در بذر دنبال می­شود (3 و 26). در این مراحل فعال­سازی متابولیسم، هضم مواد ذخیره­ای و انتقال به جنین، تقسیم سلولی و رشد شکل می‌گیرد (10). این در حالیست که تنش خشکی با تأثیر بر حرکت و انتقال ذخایر و یا با تأثیر مستقیم بر ساختمان آلی و سنتز پروتئین در جنین موجب کاهش جوانه­زنی می­شود (21،22). علاوه بر این علت کاهش درصد جوانه­زنی در گزارش Van Gastel و همکاران (44)، انتشار کند آب در پوسته­ی بذر اعلام گردید.

طبق نتایج تحقیق حاضر با افزایش تنش خشکی سرعت جوانه­زنی و قدرت جوانه­زنی کاهش یافت. در این راستا Muscolo و همکاران (37) روی pinea Pinus و Ahmadloo و همکاران (9) رویC.arizonica  و
C. sempervirens به نتایج مشابه دست یافتند. علت کاهش سرعت جوانه­زنی و قدرت جوانه­زنی با افزایش تنش اسمزی می­تواند ناشی از عدم تبادل گاز، افزایش متابولسیم­های غیر هوازی و محدودیت اکسیژن در بذر باشد (45). همچنین این می­تواند مربوط به کاهش فعالیت آنزیم­های هیدرولیزکننده­ی ذخایر کوتیلدون برای فراهم کردن انرژی در مراحل اولیه رشد بذر و در نتیجه ممانعت از انبساط سلول تحت تنش اسمزی باشد (42).

در تحقیق حاضر تنش خشکی باعث افزایش معنی­دار میانگین زمان جوانه­زنی گردید که با تحقیقات Boydak و همکاران (18) روی Pinus brutia و Maraghani و همکاران (32) روی Ziziphus lotus مطابقت دارد. Almansouri و همکاران (11)، Gholami و همکاران (25) و احمدلو و همکاران (1) نیز ضمن دستیابی به نتایج مشابه دریافتند که افزایش معنی­دار میانگین زمان جوانه­زنی بدنبال کاهش پتانسیل اسمزی ممکن است به طولانی شدن فاز تأخیر بین مرحله جذب آب و مرحله خروج ریشه­چه مربوط باشد. این به این دلیل است که در طی این دوره افزایش محتوای رطوبتی بذر به کندی صورت می­گیرد (5). کاهش شاخص بنیه با افزایش تنش خشکی در تحقیق حاضر با مطالعهZhu  و همکاران (46) روی
Pinus sylvestris مطابقت دارد. احمدلو و همکاران (1) نیز با بررسی روی گونه­های Ten. Pinus brutia و
Mill P. halepensis ضمن دستیابی به نتایج مشابه دریافتند که دلیل این امر می­تواند احتمالا کاهش آب در دسترس و اختلال در فعالیت آنزیم­ها برای انتقال مواد غذایی آندوسپرم و بافت­های ذخیره­ای بذر به جنین (43) و کاهش ترشح هورمون­ها و در نتیجه اختلال در رشد گیاهچه (ریشه­چه و ساقه­چه) باشد (2).

طبق نتایج تحقیق حاضر مدل رگرسیونی تیمارهای اسموپرایمینگ و تنش خشکی به میزان 66 درصد قادر است که مقادیر واقعی جوانه­زنی را پیش‌بینی کند و باقی­مانده آنها با شاخص­های دیگری مرتبط است که با شناسایی و ورود چنین شاخص­هایی، این مدل با ضریب تشخیص بالاتری مقادیر جوانه­زنی را برآورد می­کند.

نتیجه­گیری کلی

در تحقیق حاضر پاسخ گونه مورد مطالعه به تیمار بذر مثبت بوده، به‌طوری‌که کلیه شاخص­های مورد بررسی در بذرهای شاهد (پرایم نشده) تحت تنش­­های خشکی بیشتر از 6- بار متوقف شده و در مقابل بذرهای پرایم شده به تنش­های خشکی بالا (8-، 10-، 12- و 14- بار) مقاومت نشان دادند. نتایج پژوهش حاضر نشان داد که پرایمینگ به‌عنوان یک تیمار مناسب باعث افزایش عملکرد جوانه­زنی و مقاوم شدن بذر P. eldarica در مقابل تنش خشکی گردید. با توجه به کاربرد وسیع گونه P. eldarica در جنگل­کاری مناطق خشک و نیمه‌خشک و نیاز زیاد به تولید آن، بنابراین برای جوانه­زنی مطلوب و تولید نهال­های مقاوم در برابر تنش خشکی، تکنیک پرایمینگ در نهالستان­های تولید نهال جنگلی می­تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

1. احمدلو، ف، طبری، م، بهتری، ب. 1390. اثر تنش آبی بر برخی صفات فیزیولوژیکی بذر کاج حلب و کاج بروسیا، مجله زیست شناسی ایران، 24 (5): 728-736.
2. اصغری، م. 1371. اثر اتیلن در تنظیم اسمزی و رشد بافتهای محوری و لپه ای دانه آفتابگردان در شرایط تنش خشکی، مجله علوم وصنایع کشاورزی، 7: 137-145.
3. سید شریفی، ر، سید شریفی، ر. 1387. بررسی اثرات PEG بر جوانه زنی و رشد گیاهچه ارقام گلرنگ، مجله زیست شناسی ایران،  21 (3): 400-410.
4. کافی، م، مهدوی دامغانی، ع. 1381. مکانیسم های مقاومت به تنش های محیطی در گیاهان، تألیف: آمار جیت اس. بسرا و کا. بسرا. رانجیت، انتشارات دانشگاه فردوسی، مشهد، 467 ص.
5. مظاهری تیرانی، م، منوچهری کلانتری، خ. 1385. بررسی سه فاکتور سالیسیلیک اسید، تنش خشکی و اتیلن و اثر متقابل آنها بر جوانه زنی بذر کلزا (Brassica napus L.)، مجله زیست شناسی ایران، 19 (4): 408-418.
 
6. Adams, R. 1999. Germination of Callitris seeds in relation to temperature, water stress, priming, and hydration-dehydration cycles, Journal of Arid Environments, 43 (4): 437–448.
7. Afzal, I, Basra, S.M.A, Ahmad, R, Iqbal, A. 2002. Effect of different seed vigour enhancement techniques on hybrid maize (Zea mays L.), Pakistan Journal of Agricultural Sciences, 39 (2): 109-112.
8.Afzal, I, Rauf, S, Basra, S.M.A, Murtaza, G. 2008. Halopriming improves vigor, metabolism of reserves and ionic contents in wheat seedlings under salt stress, Plant Soil and Environment, 54 (9): 382-388.
9.Ahmadloo, F, Tabari, M, Behtari, B. 2011. Effect of drought stress on the germination parameters of Cupressus seeds. International Journal of Forest, Soil and Erosion, 1 (1): 11-17.
10.Albeles, F.B, Lonsilk, J. 1996. Stimulation of lettuce seed germination by ethylene, Plant Physiology, 44 (4): 277-280.
11.Almansouri, M, Kinet, J.M, Lutts, S. 2001. Effect of salt and osmotic stresses on germination in durum wheat (Triticum durum Desf). Plant and Soil, 231 (2): 243-245.
12.An, Y.Y, Liang, Z.S, Zhang, Y. 2011. Seed germination responses of periploca sepium Bunge, a dominant shrub in the loess hilly regions of China, Journal of Arid Environments, 75 (5): 504-508.
13.Ashraf, M, Foolad, M.R. 2005. Pre sowing seed treatment – A Shtgun approach to improve germination, plant growth, and crop yield under saline and Non saline conditions, Advances in Agronomy, 88 (5): 223- 265.
14.Basra, S.M, Ullah, E, Warriach, E.A, Cheema, M.A, Afzal, I. 2003. Effect of storage on growth and yield of primed canola (Brassica napus) seeds, International Journal of Agriculture and Biology, 5 (2): 117-120.
15.Bautista-Calles, F, Carrillo-Castaneda, G, Villegas-Monter, A. 2008. Recuperation of the high germinability condition of papaya seed through priming technology and bioregulators, Agrociencia, 42 (7): 817-826.
16.Bewly, J.D, Black, M. 1994. Seeds: physiology of development and germination, Ed 2. Plenum Press, New York.
17.Bose, B, Mishra, T. 1992. Response of wheat seed to pre-sowing seed treatment with Mg (NO3), Annals of Agricultural Research, 13: 132-136.
18.Boydak, M, Duruk, H, Tulku, F, Alikoulu, M. 2003. Effects of water stress on germination in six provenances of Pinus brutia seeds from different bioclimatic zones in Turkey, Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 27 (2): 91-97.
19.Brancalion, P.H.S, Novembre, A.D.L.C, Rodrigues, R.R, Tay, D. 2008. Priming of Mimosa bimucronata seeds: a tropical tree species from Brazil, Acta Horticulturae, 782 (3): 163-168.
20.Brancalion, P.H.S, Tay, D, Novembre, A.D.L.C, Rodrigues, R.R, Fillo, J.M. 2010. Priming of pioneer tree Guazuma ulmifolia (Malvaceae) seed evaluated by an automated computer image analysis, Scientia Agricola, 67 (3): 274-279.
21.Dodd, G.L, Donovan, L.A. 1999. Water potential and ionic effects on germination and seedling grow of two cold desert shrubs, American Journal of Botany, 86 (8): 1146-1153.
22.Falleri, E, Muller, C, Laroppe, E. 2004. Effect of water stress on germination of beechnuts treated before and after storage, Canadian Journal of Forest Research, 34 (6): 1204-1209.
23.Foti, R, Abureni, K, Tigere, A, Gotosa, J, Gere, J. 2008. The efficacy of different seed priming osmotica on the establishment of maize (Zea mays L) caryopses, Journal of Arid Enviroments, 72 (6): 1127-1130.
24.Gallardo, K, Job, C, Groot, S.P, Puype, M, Demol, H, Vandekerckove, J, Job, D. 2001. Proteomic analysis of Arabidopesis seed germination and priming, Plant Physiology, 126 (2): 835-848.
25.Gholami, M, Rahemi, M, Kholdebarin, B. 2010. Effect of drought stress induced by polyethylene glycol9 on seed germination of four wild Almond species, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 4 (5): 785-791.
26.Greipsson, S. 2001. Effects of stratification and GA3 on seed germination of a sand  stabilising grass Leymus arenarius used in reclamation, Seed Science and Technolgy, 29 (1): 1-10.
27.Hashemi Dezfule, A. Koucheki, A, Banayan Aval, M. 1998. Increasing crops yields, Jahad-e Daneshghahi Press, Mashad, Iran, pp. 287.
28.ISTA. 2009. International Seed Testing Association, ISTA Handbook on Seedling Evaluation, 3rd edition.
29.Kulkarni, M.G, Street, R.A, Staden, J.V. 2007. Germination and seedling growth requirements for propagation of Diosscorea dregeana (Kunth) Dur. and Schinz-A tuberous medicinal plant, South African Journal of Botany, 73 (1): 131-137.
30.Kumar, V, Rani, A, Pandey, V, Chauhan, G.S. 2006. Changes in germination and glyoxylate and respiratory isozymes and trypsin inhibitor activity in soybean during germination at different temperatures, Food Chemistry, 99: 563-568.
31.Lin, L.L, Wartman, M, Lin, A Knopf, J.L, Seth, A, Davis, R.J. 1993. cPLA2 is phosphorylated and activated by MAP kinase, Cell, 72 (2): 269 - 278.
32.Maraghni, M, Gorai, M, Neffati, M. 2010. Seed germination at different temperatures and water stress levels, and seedling emergence from different depths of Ziziphus lotus, South African Journal of Botany, 76 (3): 453–459.
33.Mcdoland, M.B. (1999). Seed deterioration: physiology, repair and assessment. Seed Science and Technology, 27 (1): 177-237.
34.McDonald, M.B. 2000. Seed priming. In: Black, M., Bewley, J.D., (Eds.), Seed Technology and its Biological Basis, Sheffield Academic Press, Sheffield, UK, 287-325. CRC Press LLC, Boca Raton, FL, U.S.A.
35.Michel, B.E, Kaufmann, M.R. 1973. The osmotic potential of polyethylene glycol 6000, 51 (5): 914-916.
36.Mohammadi, G.R. 2009. The Influence of NaCl priming on seed germination and seedling growth of Canola (Brassica napus L.) under salinity conditions, American-Eurasian Journal of Agriculture and Environment Science, 5 (5): 696-700.
37.Muscolo, A, Sidari, M, Mallamaci, C, Attin, E. 2007. Changes in germination and glyoxylate and respiratory enzymes of pinus pinea seeds under various abiotic stresses, Journal of Plant Interactions, 2 (4): 273-279.
38.Panwar, P, Bhardwaj, S.D. 2005. Handbook of practical forestry, Agrobios (INDIA), 191p.
39.Rodriguez, R.J, Redman R.S, Henson J.M. 2004. The role of fungal symbioses in the adaptation of plants to high stress environments. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 9 (3): 261–272.
40.Ruan, S, Xue, Q, Tylkawska, K. 2002. The influence of priming on germination of rice seeds and seedling emergence and performance in flooded soil. Seed Science and Technology, 30 (1): 61-67.
41.Sidari, M, Mallamaci, C, Muscolo, A. 2008. Drought, salinity and heat differently affect seed germination of Pinus pinea, Journal of Forest Research, 13 (5): 326–330.
42.Stout, D.G, Simmpson, G.M, Flotre, D.M. 1980. Drought resistance of Sorghum bicolor L.Moench. 3. Seed germination under osmotic stress, Canadian Journal of Plant Science, 60 (1): 13-24.
43.Trautwein, E.A, Kunath-Rau, A, Dietrich, J, Drusch, S, Erbersdobler, H.F. 1997. Effect of dietary fats rich in lauric, myristic, palmitic, oleic or linoleic acid on plasma, hepatic and biliary lipids in cholesterol-fed hamsters. British Journal of Nutrition, 77 :4. 605-620.
44.Van Gastel, A.J.G, Pagnotta, M.A, Porceddu, E. 1996. Seed science and technology, ICARDA, 311p.
45.Yoon, B.H, Lang, H.J, Cobb, B.G. 1997. Priming with salt solution improves germination of pansy seed at high temperature, Horticulture Science, 32 (2): 248-250.
46.Zhu, J, Kang, H, Tan, H, Xu, M. 2006. Effects of drought stresses induced by polyethylene glycol on germination of Pinus sylvestris var. Mongolia seeds from natural and plantation forests on sandy land, Journal of Forest Research, 11 (5): 319–328.
Volume 27, Issue 3 - Serial Number 3
November 2014
Pages 395-405
  • Receive Date: 04 May 2012
  • Revise Date: 18 April 2013
  • Accept Date: 08 May 2013
  • First Publish Date: 22 November 2014