Document Type : Research Paper
Authors
proffesor
Abstract
Male and female individuals of dioecious plant such as Pistacia atlantica desf are difficult to recognize from each other without sexual organs e.g. flowers. In this study for identification of males and female plants used of the morphological variation of 180 leaves from 60 individuals of P. atlantica in Arasbaran frosts of North West Iran. Several the quantitative and qualitative characteristics morphologic were compared by spss softwar, the results of morphological analyses show that leaf length, leaf area, leaf width, terminal leaflet width, the presence of alternate leaflet and opposite leaflet and presence of triplet leaflet are in males and femals different significantly from each other. Discriminate analysis proved accuracy of distinction in individuals about 70.6% using morphological traits. In this study suggesting that application morphological characteristic of vegetative organs e.g. leaf can be helpful in sex differentiation in dioecious plant species at earlier stages before sexual reproductive organs appearance.
Keywords
بررسی ریختشناسی برگ در پایههای نر و ماده گونه بنه (Pistacia atlantica Desf) در جنگلهای ارسباران
مینا خراسانی1*، هوشنگ نصرتی1، احمد رزبان حقیقی2 و صدیقه کلیج3
1 دانشگاه تبریز، دانشکده علوم طبیعی، گروه زیستشناسی
2 مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی تبریز
3 دانشگاه مازندران، دانشکده علوم پایه، گروه زیستشناسی
تاریخ دریافت: 6/7/91 تاریخ پذیرش: 18/2/92
چکیده
در گیاهان دوپایه، مانند بنه (Pistacia atlantica Desf)، تشخیص پایههای نر و ماده از یکدیگر بدون اندامهای زایشی مانند گل دشوار است. در این مطالعه برای شناسایی گیاهان نر و ماده از تفاوتهای ریختشناسی 180 برگ از 60 پایه درختی این گونه از جنگلهای ارسباران واقع در شمالغرب ایران استفاده شد. بهطوریکه چندین صفات ماکرومورفولوژیک کمی و کیفی مقایسه شدند. نتایج حاصل از واکاوی دادههای ریختشناسی نشان داد که صفات طول برگ، سطح برگ، عرض برگ، عرض برگچه انتهایی، وجود جفت برگچههای متقابل و متناوب و برگچههای سهتایی در پایههای نر و ماده بهطور معنیداری متفاوت بود. آنالیز تشخیص نیز 6/70 درصد صحت شناسایی و جداسازی پایهها را با استفاده از صفات ریختشناسی تأیید کرد. در مجموع نتایج این مطالعه نشان داد که ویژگیهای ریختشناسی اندامهای رویشی مانند برگ برای تفکیک گیاهان نر و ماده، قبل از پیدایش اندامهای زایشی میتواند مفید باشد.
واژههای کلیدی: بنه، ریختشناسی برگ، گیاهان دوپایه، ارسباران
* نویسنده مسئول، تلفن: 09370636616، پست الکترونیکی: Mina.kh66@yahoo.com
مقدمه
گیاهان دو پایه با 157 تیره گیاهی، 5/7٪ از جنسهای گیاهی را شامل میشوند که نقش بسیار مهمی در تثبیت ساختار اکوسیستمهای خشکی دارند (16 و 27). افراد نر و ماده گیاهان دوپایه از نظر فنولوژیکی، ریختشناسی و بیوشیمیایی دارای تفاوتهایی هستند که مطالعه این تفاوتها به علت شباهت بالای ریختشناسی گیاهان نر و ماده تا قبل از دوره زایشی بسیار دشوار است، بهویژه در مورد گیاهان دوپایه چندساله زمانبر است (11، 17 و 21). جنس Pistacia با حدود 15-12 گونه بهعنوان یکی از مهمترین جنسهای اقتصادی تیره Anacardiaceae معرفی شده است (8). گیاهان این جنس درختی، خزانکننده و یا همیشه سبز و دوپایه میباشند که با سه گونه بومی P. vera،
P. khinjuk و P. atlantica در بیشتر مناطق کوهستانی کشور توزیع شدهاند (5 و 9). گونه بنه (P. atlantica desf) درخت یا درختچهای دوپایه، برگریز با تاج پوشش گسترده به طول 15-7 متر یا بیشتر، برگها مرکب شانهای به طول 6/18-8 و عرض 14-2/5 سانتیمتر، تعداد 5-2 جفت برگچه تخممرغی یا بیضی به طول 8-5/2 ×8-2/2 و عرض 5-5/1 سانتیمتر میباشد (5، 8 و 23). این گونه از نظر شکل ظاهری تنوع زیادی داشته و به همین دلیل چندین واحد تحت گونهای برای آن در نظر گرفتهاند. در ایران سه زیرگونهP. atlantica ssp cabulica ،
P. atlantica ssp kurdica و P. atlantica ssp mutica براساس اشکال مختلف میوه شفت و برگ گزارش شده است (2 و 10). درختان دوپایه P. atlantica، 4/2 میلیون هکتار از جنگلهای نیمهخشک غرب و شمالغرب ایران را به خود اختصاص دادهاند که بدلیل تولید سقز در اندامهای هوایی و میوه بهعنوان سرمایه ملی کشور محسوب میشوند (9). بنابراین انجام مطالعات مورفولوژیکی بمنظور شناسایی گیاهان نر و ماده این گونه به افزایش راندمان باروری، افزایش تولید محصولات و کاهش هزینه و زمان کمک خواهد کرد.
ویژگیهای ریختشناسی از قدیمیترین و پرکاربردترین نشانگرها (7 و 28) در طبقهبندی و شناسایی گیاهان در سطح زیرگونه و سطوح بالاتر بشمار میروند (19 و 22). در این میان صفات ریختی برگ دارای جایگاه ویژهای در طبقهبندی گیاهان بوده و استفاده از آن به دو صورت میکرومورفولوژیک (مانند بررسی تعداد و ابعاد روزنه و کرک با میکروسکوپهای الکترونی و نوری) و ماکرومورفولوژیک (نظیر مشاهدات و اندازهگیریهای کمی و کیفی) میباشد (1 و 6). اولین نگاره جنس Pistacia توسط Engler در سال 1883 منتشر شد که 8 گونه و چند واریته را معرفی کرد، درحالیکه این جنس در کاملترین مطالعه تاکزونومیکی توسط Zohary (1952) با استفاده از صفات ریختشناسی رویشی و زایشی، به 4 بخش مشتمل بر 11 گونه تقسیم شد (8 و 30)؛ همچنین محققان داخلی از صفات ریختی برگ و برگچه در شناسایی زیرگونههای P. atlantica استفاده کردهاند (10). اما استفاده از صفات ریختی برگ در شناسایی گیاهان نر و ماده بسیار نادر بوده است، در این راستا مطالعات محققان بر روی گونه
P. atlantica در شیبهای مختلف منطقه مدیترانهای نشان داده است که گیاهان نر نسبت به ماده خود، طول برگ و تعداد برگچههای متناوب بیشتری دارند؛ همچنین از عدم ارتباط شرایط اکولوژیکی با میزان تقارن برگچهها در سطح جنسیت گزارش دادند (17). بنابراین در تحقیق حاضر سعی شده است، از ویژگیهای ریختشناسی بیشتر و بارزتری برای سهولت در شناسایی پایههای نر و ماده گونه P. atlantica با چشم غیر مسلح استفاده شود.
مواد و روشها
در این مطالعه نمونهبرداری گیاهان نر و ماده گونه
P. atlantica از جنگلهای ارسباران واقع در استان آذربایجان شرقی (جدول 1)، با آب و هوای نیمهخشک سرد، در اواخر مهر ماه 1390 زمانی که برگ به ابعاد نهایی خود میرسد، انجام شد. جمعیتهای نر و ماده با توجه به فصل میوهدهی شناسایی و از هر جمعیت تعداد 30 درخت بالغ و از هر درخت تعداد 3 برگ مرکب شانهای بطور کاملا تصادفی جمعآوری گردید، بعد از پرس و خشک کردن نمونههای برگی، 10 صفت ریختی کمی و کیفی مطالعه گردید (جدول 2). بهمنظور ارزیابی صفات ریختشناسی، صفات کیفی کدگذاری شدند (عدد 1 وجود صفت مورد نظر و 0 عدم وجود صفت) (شکل 1) و ویژگیهای کمی نظیر طول، عرض و سطح هر برگ با خطکش و کاغذ میلیمتری اندازهگیری و تعداد برگچهها نیز شمارش شدند (6)، (شکل 2). دادههای بدستآمده حاصل از سنجش صفات با استفاده از نرمافزار SPSS نسخه 16 و آزمونهای Kruskal-Wallis و ANOVA تحلیل آماری شد، پس از آن آنالیز فاکتور بهمنظور تعیین مؤثرترین صفات در تفکیک پایهها و آنالیز تشخیص برای محاسبه میزان درصد اطمینان از شناسایی و جداسازی پایههای نر و ماده از یکدیگر آزمایش شد.
جدول 1– مشخصات منطقه مورد مطالعه P.atlantica
نام منطقه |
جنگلهای ارسباران |
ارتفاع از سطح دریا |
(m) 700-650 |
طول جغرافیایی |
(E) ″41 ′01 º47 ″50′39 º46 |
عرض جغرافیایی |
(N) ″11 ′08 º39 ″41 ′43 º38 |
نتایج
برای مقایسه اختلافات ریختشناسی پایههای نر و ماده،
صفات ریختی کیفی و کمی برگ برای هر یک از پایهها بهطور جداگانه ثبت شد (جدول 3).
شکل 1- صفات کیفی مورد مطالعه در پایههای نر و ماده P. atlantica: A) جفت برگچههای متناوب، B) جفت برگچههای متقابل، C) برگچه انتهایی زوج، D) برگچه انتهایی فرد، E) برگچههای سهتایی
شکل 2- اندازهگیری شاخصهای ریختی اندازهگیری شده: W) عرض برگ، L) طول برگ، W2) عرض برگچه انتهایی، L2) طول برگچه انتهایی
با توجه به نتایج، اندازه طول، سطح، عرض برگ و برگچهها، تعداد برگچههای انتهایی فرد و برگهای سهبرگچهایی در پایههای نر بیشتر از مادهها ولی تعداد برگچه و برگچههای متقابل در پایههای ماده بیشتر از نرها برآورد شد، همچنین ویژگیهای توصیفی صفاتریختی این گونه نظیر مقادیر میانگین، دامنه حداقل و حداکثر تغییرات صفات نیز تعیین گردید (جدول 4) که میتواند در شناسایی زیرگونهsubsp. mutica P. atlantica از سایر گونهها و زیرگونههای جنس پسته مفید باشد.
آنالیز آماری Kruskal-Wallis، معنیدار بودن دو صفت کیفی جفت برگچههای متقابل و برگهای سه برگچهایی را بهترتیب در سطح احتمال 1٪ و 5٪ نشان داد (جدول 5). آنالیز واریانس یک طرفه ANOVA نیز برای تعیین حدود اختلاف معنیداری بین پایههای نر و ماده زیرگونه مطالعه شده، بر روی صفات کمی انجام گرفت (جدول 6).
جدول 2- صفات ریختیشناسی کمی و کیفی مورد بررسی
صفات کمی (cm) |
طول برگ (L)، طول برگچه انتهایی (L2) |
عرض برگ (W)، عرض برگچه انتهایی (W2) |
تعداد کل برگچه (T)، تعداد برگچه انتهایی (T2) |
سطح برگ (A) |
صفات کیفی |
وجود جفت برگچههای متقابل (1) و عدم وجود آن، یا وجود جفت برگچههای متناوب (0)، (M) |
وجود برگچه انتهایی فرد (1) و عدم وجود آن، یا وجود برگچه انتهایی زوج (0)، (N) |
وجود برگچههای سهتایی یا برگهای سه برگچهایی (1) و عدم وجود آن (0)، (C) |
جدول 3- مشخصات صفات ریختشناسی پایههای نر و ماده P. atlantica
صفات کمی و کیفی |
پایههای نر |
پایههای ماده |
طول برگ |
55/13 |
61/12 |
طول برگچه انتهایی |
45/5 |
17/5 |
عرض برگ |
43/10 |
62/9 |
عرض برگچه انتهایی |
85/2 |
57/2 |
تعداد کل برگچهها |
37/5 |
38/5 |
تعداد برگچه انتهایی |
03/1 |
1/1 |
سطح برگ |
1/49 |
3/42 |
تعداد جفت برگچههای متقابل |
13/0 |
44/0 |
تعداد برگچه انتهایی فرد |
97/0 |
91/0 |
تعداد برگچههای سهتایی |
13/0 |
04/0 |
جدول 4- آمارههای توصیفی صفات کمی در گونه P. atlantica
صفات کمی |
حداقل- حداکثر |
میانگین |
طول برگ |
(cm)5/19-8/8 |
(cm) 08/13 |
طول برگچه انتهایی |
(cm) 6/8-9/2 |
(cm)32/5 |
عرض برگ |
(cm) 5/17-6/5 |
(cm)02/10 |
عرض برگچه انتهایی |
(cm) 4/5-1/1 |
(cm)71/2 |
سطح برگ |
(cm) 120-16 |
(cm)71/45 |
تعداد کل برگچهها |
9-3 |
37/5 |
تعداد برگچه انتهایی |
2-1 |
07/1 |
جدول 5- نتایج بررسی صفات کیفی در پایههای نر و ماده
P. atlantica با روش آماری Kruskal-Wallis
معنیداری |
درجه آزادی |
آزمون مربع کای |
تعداد |
گروه |
صفات کیفی |
000/0 |
1 |
084/21 |
90 90 |
1 2 |
جفت برگچه متقابل |
121/0 |
1 |
407/2 |
90 90 |
1 2 |
برگچه انتهایی فرد |
037/0 |
1 |
366/4 |
90 90 |
1 2 |
برگچه سهتایی |
واکاوی آماری اختلاف معنیداری را برای صفات ریختی طول برگ، سطح برگ، عرض برگ و عرض برگچههای انتهایی را در سطح احتمال 1٪ نشان داد که بیانگر وجود اختلافات ریختشناسی بین پایههای نر و ماده و انتخاب مناسب این صفات در شناسایی گیاهان نر و ماده است. آنالیزهای آماری Kruskal-Wallis و ANOVA برای صفات تعداد برگچهها، طول برگچه انتهایی و تعداد برگچه انتهایی فرد و زوج اختلاف معنی داری را بین پایه های نر و ماده نشان نداد. به این ترتیب شش صفت کمی و کیفی شامل اندازه طول برگ (cm 5/13، 61/12)، سطح برگ (cm2 1/49، 3/42)، عرض برگ (cm 43/10، 62/9)، عرض برگچه انتهایی (cm 85/2، 57/2) و تعداد برگچههای سه تایی (13٪، 4٪) که در پایههای نر بیشتر از پایههای ماده بوده و تعداد برگچههای متقابل که در پایههای ماده (44/0) بیشتر از نرها (13/0) بوده از تفاوت معنی داری برخوردار بودند.
جدول 6- نتایج بررسی صفات کمی در پایههای نر و ماده P. atlantica با روش آماری ANOVA
معنیداری |
آزمون فیشل |
واریانس |
درجه آزادی |
مجموع مربعات |
گروه |
صفات |
001/0 |
078/11 |
293/39 547/3 |
1 178 179 |
293/39 341/631 634/670 |
بین گروه درون گروه کل |
طول برگ |
006/0 |
665/7 |
689/2053 940/267 |
1 178 179 |
689/2053 289/47693 978/49746 |
بین گروه درون گروه کل |
سطح برگ |
950/0 |
004/0 |
006/0 382/1 |
1 178 179 |
006/0 056/246 061/246 |
بین گروه درون گروه کل |
تعداد کل برگچه |
007/0 |
399/7 |
129/29 937/3 |
1 178 179 |
129/29 795/700 924/729 |
بین گروه درون گروه کل |
عرض برگ |
011/0 |
604/6 |
335/3 505/0 |
1 178 179 |
335/3 881/89 216/93 |
بین گروه درون گروه کل |
عرض برگچه انتهایی |
062/0 |
521/3 |
217/4 197/1 |
1 178 179 |
217/4 140/213 356/217 |
بین گروه درون گروه کل |
طول برگچه انتهایی |
074/0 |
236/3 |
200/0 062/0 |
1 178 179 |
20/0 000/11 200/11 |
بین گروه درون گروه کل |
تعداد برگچه انتهایی |
جدول 7- جدول واریانس حاصل از تجزیه مؤلفههای اصلی برای صفات ریختشناسی
واریانس تجمعی |
درصد واریانس |
مقادیر ویژه |
مؤلفه |
061/50 |
061/50 |
004/3 |
1 |
339/72 |
278/22 |
337/1 |
2 |
بهمنظور تعیین موثرترین صفات اندازهگیری شده، رستهبندی پوششهای گیاهی براساس تحلیل مولفههای اصلی (PCA) انجام گرفت (3 و 6). طبق نتایج بدست آمده بیش از 70٪ واریانس موجود بهوسیله دو مولفه اصلی اول توصیف شدند که سهم محور اول 061/50٪ و سهم محور دوم 278/22٪ بوده است (جدول 7).
شکل 3- نمودار پراکنش پایههای نر و ماده گونه P. atlantica براساس دو مؤلفه اول حاصل از تجزیه مؤلفههای اصلی؛ M) پایههای نر، F) پایههای ماده؛ محور X) محور اول، محور Y) محور دوم
بدین ترتیب صفات کمی شامل سطح برگ، عرض برگ، طول برگ و عرض برگچه انتهایی براساس مولفه اول و صفات کیفی نظیر وجود برگهای سهبرگچهایی و جفت برگچههای متقابل براساس مولفه دوم بهعنوان موثرترین صفات در تمایز بین پایههای نر و ماده معرفی میشوند (جدول 8).
جدول 8- سهم صفات ریختشناسی حاصل از تجزیه مؤلفههای اصلی
مؤلفه دوم |
مؤولفه اول |
صفات ریختشناسی |
106/0- |
863/0 |
طول برگ |
158/0- |
914/0 |
سطح برگ |
665/0 |
0177/0- |
جفت برگچههای متقابل و متناوب |
857/0 |
028/0 |
برگچههای سهتایی |
072/0 |
891/0 |
عرض برگ |
344/0 |
773/0 |
عرض برگچه انتهایی |
جدول 9- نتایج تجزیه تشخیص برای پایههای نر و ماده
گروه |
تعداد در هر گروه |
درصد واقعی |
|
درصد صحت گروهبندی |
|
درصد کل |
|
|
1 |
2 |
1 |
2 |
|
1 |
90 |
74 |
16 |
2/82 |
8/17 |
100 |
2 |
90 |
37 |
53 |
1/41 |
9/58 |
100 |
واقعی |
|
|
|
|
|
6/70 |
تجزیه تشخیص دادههای ریختشناسی نیز برای صحت جداسازی پایههای نر و ماده از یکدیگر انجام شد که جدایی 6/70 درصد پایهها را با استفاده از صفات ریختشناسی تایید کرد (جدول 9)، همچنین نمودار پراکنش حاصل از دادههای ریخت شناسی با نرمافزارSPSS نسخه 16 به روش تجزیه به مولفههای اصلی براساس دو محور اول که دارای درصد قابل توجیهی از واریانسها بودند (بیش از 70٪) بر روی صفحه مختصات رسم شد که نشاندهنده تمایز پایههای نر و مادهssp. mutica P. atlantica براساس صفات مورد مطالعه است (شکل 3).
بحث
در تحقیق حاضر ویژگیهای توصیفی صفاتریختشناسی برگ بهمنظور شناسایی دقیق زیرگونه Pistacia atlantica subsp. mutica تعیین گردید، که با نتایج سایر محققین بر روی ابعاد برگ و برگچههای گونه و زیرگونه مربوطه همسویی دارد (2، 8، 10، 15و 19). دادههای حاصل از آنالیزهای آماری نشان داد که شش صفت کمی و کیفی شامل اندازه طول برگ، سطح برگ، عرض برگ، عرض برگچه انتهایی و تعداد برگهای سهبرگچهایی بهطور معنیداری در پایههای نر بیشتر از پایههای ماده بوده ولی تعداد برگچههای متقابل در پایههای ماده بیشتر از گیاهان نر میباشد و نتایج تجزیه تشخیص نیز تاثیر موثر صفات ریختشناسی برگ را در تمایز جنسیتی پایههای نر و ماده این گیاهان تایید میکند. بنابراین پایههای نر گونه
P. atlantica نسبت به پایههای ماده خود دارای برگهایی با اندازه بزرگتر و برگچههایی با تعداد و موقعیت متفاوت هستند. نتایج محققین نیز تفاوتهای ریختشناسی نظیر ابعاد برگ را بین گیاهان نر و ماده تایید میکند. گزارشی بر روی گیاهان دوپایه Juniperus thurifera نشان داده است که پایه های نر از تعداد و اندازه بیشتری نسبت به گیاهان ماده برخوردارند (20)، همچنین بررسیهای ریختشناسی و فیزیولوژیکی بین گیاهان نر و ماده Fraxinus excelsior تایید میکند که گیاهان ماده رشد رویشی آهستهتر و اندازه کوچکتری نسبت به گیاهان نر خود دارند (29). بررسی منابع انجام شده، این اختلافات ریختشناسی را به دوره زایشی و مقاومت پایهها به شرایط اکولوژیکی نسبت می دهند، طوریکه گیاهان ماده با صرف انرژی بیشتر در تولید میوه، رشد جنین و حساسیت به سرمای بهاری و خشکی تابستان (11 و 21)، رشد کمتر، طول و سطح برگ کمتری دارند (12، 13، 25 و 26). در مطالعات ریختشناسی متعدد که از صفات ریختی برگ برای شناسایی گونهها استفاده شد، علت اختلاف در ابعاد برگ را به شرایط اکولوژیکی نظیر ارتفاع از سطح دریا نسبت دادند (1 و 4) ولی در تحقیق حاضر بهدلیل جمعآوری نمونههای برگی از یک منطقه با ارتفاع مشخص، نمیتوان تفاوتهای ریختشناسی در افراد نر و ماده یک گونه را به تاثیرات شرایط اکولوژیکی نسبت داد (17)، بنابراین این اختلافات ریختشناسی در گیاهان نر و ماده به یک عامل ژنتیکی و درونی مربوط میشود. در این تحقیق تصور می شود که یکی از دلایل اختلافات ریختی مشاهده شده مربوط به پروتاندری بودن این گونه است، بهطوریکه پایههای نر این گونه یک هفته تا یک ماه زودتر از پایههای ماده خود به گلدهی میرسند (18 و 24) و رشد رویشی آنها بعد از گلدهی همچنان ادامه دارد و میتوانند از انرژی اضافی و اندوختههای غذایی برای گسترش اندازه ابعاد برگ خود استفاده کنند ولی پایههای ماده بهخاطر صرف انرژی بیشتر در جهت تولید میوه و بذر، رشد رویشی کمتر و اندازه برگ کوچکتری دارند (17)، علاوهبراین بهدلیل فاصله زمانی بین دو دوره رشد رویشی در پایههای نر(قبل و بعد از دوره گلدهی)، بزرگترشدن برگها به همراه عدم تقارن آنها است، بنابراین در گیاهان نر P.atlantica نسبت به ماده تعداد برگهای متناوب بیشتری را مشاهده میکنیم، که با نتایج سایر محققین بر روی گیاهان نر و ماده تطابق دارد (14 و 17). از آنجا که دوره زایشی در پایههای نر قبل از کاملشدن رشد رویشی اولیه و تولید کامل برگها شروع میشود، در نتیجه پایههای نر فرصت کافی در ازدیاد اندامهای رویشی نظیر برگها را نداشته (17) و نسبت به پایههای ماده خود تعداد برگچههای کمتر و یا برگهای سهبرگچهایی بیشتری دارند. براساس یافتههای این تحقیق پیشنهاد میشود که صفات ریختشناسی نه تنها درسطوح مختلف ردهبندی کاربرد دارند، بلکه میتوان از آنها بهعنوان ابزاری مفید در سطح جنسیت برای شناسایی و جداسازی پایههای نر و ماده گیاهان دوپایه قبل از دوره زایشی استفاده کرد.