اثر آبیاری مغناطیسی بر خصوصیات جوانه زنی و رشد اولیه گیاه ذرت ) )Zea mays

مقدمه  

آب نقش مهمی در تنظیم رشد و نمو گیاه بازی می کند(9). بطور کلی آب یکی از عوامل محدودکننده است که بر فرایندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی تأثیر میگذارد(7). تنش خشکی در حقیقت کاهش پتانسیل آب خاک است. در چنین شرایطی گیاه بمنظور ادامه جذب آب، از طریق تجمع ترکیبات اسمزی از جمله کربوهیدرات های محلول و پرولین پتانسیل اسمزی خود را کاهش می دهد و بعبارت دیگر تنظیم اسمزی صورت می گیرد(19). در فرایند تنظیم اسمزی تورژسانس و فرایندهای وابسته به آن تحت شرایط کمبود آب ادامه می یابد. از اینرو تنظیم اسمزی به توسعه سلولی و رشد گیاه در تنش کم آبی کمک می کند(27). افزایش غلظت این اسید آمینه که به تنظیم اسمزی کمک می کند، ناشی از چند عامل گزارش شده است ازجمله: ممانعت از تجزیه پرولین، جلوگیری از ورود پرولین به پروتئین و یا افزایش تجزیه پروتئین که ممکن است با کاهش رشد همراه باشد (15).

 عناصر غذایی درون خاک تحت تأثیر برخی فاکتورهایی مانند جریان توده ای آب، ظرفیت جذب خاک و pH خاک قرار می گیرند. در میان عناصر غذایی فسفر به عنوان یکی از عناصر پر مصرف دارای نقشی اساسی و مهم در رشد گیاه است که جذب آن در شرایط کمبود آب کاهش می یابد و دیده شده است که در خاک بدون شخم که با کاه و کلش  محصول قبلی پوشیده شده فراهمی فسفر به دلیل محتوای بالاتر رطوبت، بیشتر از خاک شخم خورده است(10). افزایش فسفر در خاک عملکرد دانه پنبه و خصوصیات مورفولوژیکی را درخاک خشک و در آب و هوای گرم و خشک بویژه در مرحله تشکیل غوزه پنبه افزایش می دهد (30). دسترسی کمتر فسفر در خاکهای خشک بخاطر کاهش پخش فسفر و جذب کمتر توسط ریشه ها است(22). Singhو  Sale (2000) اظهار داشته اند که افزایش سطح فسفر خاک، هم کل حجم ریشه ها را در خاک خشک و هم جذب آب را در ریشه های اولیه بواسطه افزایش تراکم و قطر آوندهای چوبی و در نتیجه فراهم آوردن کمترین مقاومت در مقابل جریان آب افزایش می دهد(29). بنابراین فسفر ممکن است مقاومت به خشکی را افزایش دهد. با رشد ریشه حجم بیشتری از خاک در تماس با ریشه قرار می گیرد و در نتیجه منبع بزرگتری از رطوبت خاک در دسترس ریشه خواهد بود. همچنین گزارش شده است که با افزایش میزان فسفر تولید پنجه در ارزن مرواریدی تحریک می شود که این امر ارتباط مستقیم با افزایش ظهور برگ بر روی ساقه اصلی در نتیجه فراهمی فسفر دارد(26).

شناسایی اثرات کمبود آب و سطوح کود فسفره بر روی ویژگی های کیفی مؤثر بر عملکرد و مواد مؤثره گیاه دارویی ریحان و با توجه به اینکه اسانس حاصل از آن در صنایع مختلف دارویی، بهداشتی و غذایی کاربرد دارد، ضرورت تحقیق برای این گیاه را توجیه می نماید.

مواد و روشها

این پژوهش در سال 1388 در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه زابل به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار انجام گرفت. در این تحقیق فاکتور تنش کم آبی شامل سه سطح،I₁: آبیاری کامل در حد ظرفیت مزرعه ای (شاهد)،I₂: 80 درصد ظرفیت مزرعه‌ای (تنش ملایم) وI₃: 60 درصد ظرفیت مزرعه‌ای (تنش شدید) و فاکتور مقادیر مختلف فسفر(سوپرفسفات تریپل) در سه سطح P₁:شاهد (بدون مصرف کود)، P₂: 50 وP₃: 100 کیلوگرم در هکتار است. برای آماده سازی محیط کشت از گلدان‌هایی با قطر 20 سانتیمتر و ارتفاع 20 سانتیمتر استفاده شد. بذور که توده بومی یزد می باشند از جهاد کشاورزی زابل تهیه شد. کاشت بذور در اول اردیبهشت انجام شد. ابتدا در داخل هر گلدان تعدادی بذر (15 عدد) کاشته و پس از سبز شدن بوته ها در طی چند مرحله (2-3 و 3-4 برگی) تنک انجام شد و در نهایت (مرحله 6 تا 8 برگی شدن بوته ها) در داخل هر گلدان 7 بوته نگهداری شد(1).در مراقبت‌های پس از کاشت آبیاری به طور منظم انجام شد. آبیاری به صورت یکنواخت و هر روز صورت گرفت تا 30 روز پس از کاشت، گلدان ها تا استقرار کامل (ظهور 6-8 برگ جدید) به مقدار مساوی تا حد اشباع آبیاری می شدند. از این مرحله به بعد، جهت اعمال تیمارهای آبیاری (روش اعمال تیمارها) با استفاده از منحنی رطوبتی است. به منظور تعیین منحنی رطوبتی، سه نمونه از خاک مورد نظر به آزمایشگاه برده شده، نمونه های خاک اشباع و روی صفحات اشباع شده دستگاه صفحات فشاری¹  قرار داده شد. با ایجاد مکش توسط دستگاه صفحات فشاری، خاک تحت تنش قرار می گیرد. بدین ترتیب در سه نمونه خاک پتانسیل‌های آبی مد نظر ایجاد گردید. بعد از 24 ساعت نمونه‌ها به دستگاه آون برده شده و در دمای 100 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت خشک گردیدند. بدین گونه در هر سه پتانسیل، درصد رطوبت وزنی خاک(θ_m) با استفاده از فرمول    --------------بفرومول------------ تعیین گردید. با این اندازه گیری ها امکان این فراهم گردید که مقدار رطوبت خاک و وزن هر گلدان در پتانسیل های مختلف بدست آید. در یک دستگاه محور مختصات مقادیر رطوبت و پتانسیل نسبت به یکدیگر رسم و بدین طریق منحنی رطوبتی خاک ترسیم گردید (2).گلدان ها هر روز بوسیله ترازوی حساس (دقت در حد گرم) توزین و با اضافه نمودن آب مصرفی )کاهش وزن هر کدام از گلدان ها (تیمارها اعمال گردید و هر گلدان در وزن تیمار مربوطه ثابت نگه داشته شد (5).

 برای اعمال تیمار میزان فسفر در واحد گلدان، ابتدا وزن یک هکتار خاک با عمق 20 سانتی متر محاسبه گردید و سپس به واحد گلدان (5 کیلوگرم) تعمیم داده شد. برداشت هنگامی که گیاه به مرحله 50 درصد گلدهی رسید، در تیرماه انجام شد. رطوبت نسبی برگ از روش Yamasaki and Dillenburg (32)، پرولین از بافت زنده گیاه و از روش Bates و همکاران (8) و جهت اندازه گیری کربوهیدرات نیز از بافت زنده گیاه با روش Irigoyen و همکاران (14) استفاده شد. نیتروژن موجود در برگ ریحان نیز با دستگاه کجلدال و تیتراسیون (16) در آزمایشگاه تحقیقاتی زراعت دانشکده کشاورزی زابل انجام شد. درصد اسانس با کلونجر، اندازه گیری فلورسانس کلروفیل با دستگاه کلروفیل فلورومتر مدل Hansatech Handy PEA ، و کلروفیل برگ با دستگاه Hansatech Instruments CL-01، در دو مرحله ابتدا 15 روز بعد از تنش و مرحله دوم 30 روز بعد ازتنش اندازه گیری شد. از نرم‌افزار MSTAT-Cجهت تجزیه و تحلیل آماری و مقایسات میانگین، و از نرم افزار Excel برای رسم نمودارها استفاده شد. مقایسات میانگین به روش حداقل تفاوت معنی دار (LSD) انجام گرفت.

جدول 1-----------

نتایج و بحث

نیتروژن اندام هوایی: نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد که نیتروژن برگ به طور معنی داری تحت تأثیر اعمال تنش خشکی و مقادیر کود فسفر قرار گرفت ولی اثر متقابل این دو تیمار معنی دار نبود (جدول2). با مقایسه میانگین اثر تنش خشکی مشخص شد که بیشترین در صد نیتروژن در تیمار شاهد(I₁) و کمترین آن در تیمار تنش شدید(I₃) بدست آمد (جدول 3). مقادیر این صفت برای تیمار آبیاری کامل (100 در صد ظرفیت مزرعه)، تنش ملایم (80 در صد ظرفیت مزرعه) و تنش شدید (80 در صد ظرفیت مزرعه) به تر تیب برابر با 4/0، 36/0 و 211/0 در صد می باشد.در اثر مقدار فسفر بر این صفت برای 100،50 و صفر کیلوگرم فسفر در هکتار،مقادیر نیتروژن اندام هوایی به ترتیب برابر با 39/0، 33/0 و 29/0 بود(جدول 2).

پروتئین اندام هوایی: اثرات تنش خشکی و کود فسفر در سطح احتمال یک درصد بر میزان پروتئین برگ معنی دار بود (جدول 2). با افزایش شدت تنش خشکی در صد پروتئین افزایش یافت و مقدار آن برای تیمار 60 درصد، 80 درصد و 100 درصد ظرفیت مزرعه به ترتیب برابر 387/2، 95/1 و 155/1 در صد بود. کاربرد کود فسفر باعث ایجاد تفاوت معنی دار در مقدار پروتئین اندام هوایی شد، بطوریکه بیشترین درصد پروتئین برگ 092/2 و کمترین درصد پروتئین 53/1 در صد به ترتیب در کاربرد 100 کیلوگرم فسفر در هکتار و عدم مصرف کود بود (جدول 3). تغییر در ساختن پروتئین و یا تخریب آن از جمله مراحل متابولیکی اساسی است که ممکن است از تنش خشکی تاثیر پذیرد(25).شواهد زیادی در رابطه با تجمع پروتئین هایی که تنش خشکی القاکننده آنهاست و ارتباط آنها با سازگاری فیزیولوژیکی به کمبود آب وجود دارد(28).

جدوال 2-3--

کربوهیدرات محلول در آب: اثر تنش خشکی و کود فسفر بر میزان کربوهیدرات در سطح احتمال یک درصد معنی دار ولی برهمکنش این دو تیمار غیر معنی دار بود (جدول 2). مقایسه میانگین جدول 3 نشان می دهد که در تیمار100، 80 و 60 درصد ظرفیت زراعی مقدار کربوهیدرات به ترتیب برابر با 24/1، 64/1 و 17/2 میکرومول بر گرم وزن تر گیاه می باشد. ارزیابی میانگین تغییرات کربوهیدرات جدول 3 نشان داد که در اثر افزایش تنش خشکی محتوی قند داخل برگ افزایش یافت، هنگامی که گیاه در شرایط تنش کم آبی قرار می گیرد از مکانیسم تحمل به تنش خشکی استفاده می کند مانند تنظیم اسمزی که سبب افزایش غلظت کربوهیدرات می شود زیرا تحت شرایط تنش کم آبی، قندهای محلول می تواند به عنوان ترکیبات اسمزی و نیز به عنوان حفاظت کننده های اسمزی عمل  کنند و این تنظیم کننده های اسمزی سبب ثبات پروتئین ها و غشاء می شوند(4). همبستگی بالایی را بین تجمع قندهای قابل حل(ساکارز،گلوکزو فروکتوز)و میزان تحمل  به خشکی در گیاهان ذکر کرده اند(4و13 ). مشخص شده است قند ها در طی تنش خشکی علاوه بر نقش کارکردی ،به عنوان حفاظت کننده اسمزی  و سوبسترای رشدی به عنوان تنظیم کننده های بیان ژن نیز نقش های مهمی را ایفا می کنند(17).

اثر کود فسفر بر میانگین کربوهیدرات محلول نشان داد که مقدار کربوهیدرات به ترتیب در شاهد0، 50 و 100 کیلوگرم فسفر در هکتار برابر با 519/1، 519/1 و 954/1 میکرومول بر گرم وزن تر گیاه بود.

پرولین: تنش خشکی در سطح احتمال 1 درصد و کود فسفر در سطح احتمال 5 درصد اثر معنی داری بر میزان پرولین برگها داشتند ولی برهمکنش تیمارها معنی دار نبود(جدول 2). بدین ترتیب که با کاهش عرضه آب، انباشت پرولین در برگها افزایش یافت. بطوریکه در سطوح (شاهد)100 ، 80 و 60 درصد ظرفیت مزرعه، به ترتیب میزان پرولین برگ برابر با 36/0، 49/1 و 51/2 میکرومول بر گرم وزن تر گیاه شد (جدول 3).افزایش غلظت پرولین تحت اثر تنش ممکن است نشان دهنده نقش احتمالی این اسید امینه در تنظیم اسمزی باشد(19و21). کائو(15) گزارش کرده است که در برگهای بالغ تجزیه پروتئین ها باعث کاهش غلظت آنها ودر نتیجه افزایش اسیدهای امینه آزاد از جمله پرولین میشود .

 بیشترین مقدار پرولین در تیمار کود فسفر برابر با 65/1 میکرومول بر گرم وزن تر گیاه بود که در اثر مصرف 100 کیلوگرم در هکتار کود فسفر بدست آمد. روند تجمع پرولین با افزایش کود فسفر افزایشی بود. به هر حال بیشترین مقدار تجمع پرولین 51/2 میکرومول گرم بر وزن تر در بالاترین میزان مصرف کود فسفر بدست آمد. به نظر می رسد که در این شرایط مصرف مقادیر بالاتر فسفر می تواند تأثیر بیشتری بر تجمع پرولین در شرایط تنش خشکی داشته باشد. پرولین باعث پایداری غشاها و ماکرومولکولها و نیز از بین بردن سمیت نیتروژن اضافی در بافتها می گردد و نقش مهمی را در کنترل اسیدیته سلولی دارد (12).

رطوبت نسبی برگ: با توجه به جدول تجزیه واریانس2، اثر تنش خشکی در سطح احتمال یک درصد و اثر متقابل تنش خشکی و کود فسفر در سطح احتمال پنج درصد تأثیر معنی داری بر رطوبت نسبی برگ داشتند. در مقابل مقادیر مختلف کود فسفر نتوانست باعث تفاوت محسوسی در این صفت گردد. ارزیابی تغییرات محتوی رطوبت نسبی برگ حاکی از کاهش محتوی رطوبت نسبی همزمان با افزایش تنش خشکی بود.به نظر می رسد با افزایش شدت تنش خشکی از میزان سودمندی کود فسفر در افزایش محتوی رطوبت نسبی برگ کاسته می شود. بر همکنش بین تیمار تنش خشکی و کود فسفر در شرایط 100 درصد ظرفیت مزرعه نشان داد(شکل 1) که با افزایش مقدار کود فسفر محتوی رطوبت نسبی برگ افزایش یافت به طوریکه در مقادیر 0، 50 و 100 کیلوگرم در هکتار در شرایط 100 درصد ظرفیت مزرعه ای به ترتیب برابر با 60، 25/73 و 5/83  % بوده است که بیانگر این می باشد که افزودن کود فسفر به همراه آبیاری کامل در افزایش رطوبت نسبی برگ مؤثر است ولی در شرایط تنش خشکی تأثیر معنی داری نخواهد داشت. Costa Franca  و همکاران (2000) نیز کاهش محتوی رطوبت نسبی برگ لوبیا را بر اثر خشکی گزارش کرده اند(11).کاهش رطوبت نسبی برگ در اثر تنش خشکی دارای همبستگی مثبت و بالایی با محتوی رطوبتی خاک می باشد. 

شکل 1---------

فلورسانس کلروفیل(Fv/Fm): نتایج جدول تجزیه واریانس 2 نشان داد که اثر کود فسفر و اثر متقابل تنش * کود فسفر بر این صفت غیر معنی دار ولی سطوح آبیاری در سطح احتمال یک درصد تأثیر معنی داری بر فلورسانس کلروفیل داشتند. به طوریکه در سطح شاهد، 80 و 60 در صد ظرفیت مزرعه به ترتیب مقادیر فلورسانس کلروفیل برابر با 85/0، 749/0 و 649/0 شد که نشان دهنده افزایش میزان فلورسانس کلروفیل با افزایش سطح تنش خشکی می باشد(جدول 4). با افزایش سطح فسفر مقدار فلورسانس به صورت غیر معنی دار نیز کاهش یافت. اندازه گیری فلورسانس کلروفیل بصورت غیر تخریبی برای بررسی عملکرد کوانتومی فتوشیمیایی و بازدارندگی نوری انجام می شود و به طور وسیع به عنوان عاملی برای واکنش گیاه به تنش، بویژه آلودگی آب و هوا، کاهش  آ ب و کاهش یا افزایش دما و شوری به کار می رود(20). در سیب زمینی نشان داده شده است که تنش خشکی عملکرد کوانتوم تبدیل انرژی فتوشیمیایی (Fv/Fm) را کاهش می دهد (6) که مطابق نتایج این آزمایش می باشد. فلورسانس کلروفیل برگ به عنوان شاخص فعالیت کلروفیل استفاده می شود و ارتباط مؤثری بین فلورسانس کلروفیل و رشد ریشه، تبادل گاز، خسارت برگ و پتانسیل آب برگ وجود دارد (20).

میزان کلروفیل : درجدول تجزیه واریانس 5 اثر متقابل تنش خشکی و کود فسفر، زمان اندازه گیری، اثر متقابل تنش خشکی و زمان در سطح آماری یک درصد معنی دار بودند و همچنین اثر متقابل فسفر و زمان در سطح آماری 5 درصد معنی دار بود. میزان کلروفیل با توجه به زمان تنش در دو مرحله اندازه گیری شد. مرحله اول در 15 روز بعد از تنش و مرحله دوم 30 روز بعد از اعمال تیمار تنش بود.در اثر سه جانبه تنش خشکی*کود فسفر* زمان اندازه گیری بر میانگین کلروفیل(جدول 6)، نتایج نشان داد که کمترین مقدار کلروفیل در شرایط تنش شدید (60 درصد ظرفیت مزرعه) در اواسط دوره تنش(مرحله اول اندازه گیری) بدست آمد که این مقدار برابر 68/5 در سطح کودی شاهد (عدم مصرف کود)بود. تنش خشکی باعث تنش اکسیداتیو (oxidative stress) در گیاهان می شود. این امر در اثر تولید انواع رادیکالهای آزاد اکسیژن اتفاق می افتد. در اثر این تنش، تخریب های متعدد بیولوژیکی از جمله تخریب غشاء و همچنین محتوی کلروفیل برگ اتفاق افتاده و باعث کاهش مقدار کلروفیل برگ می شود (4) . بیشترین میزان کلروفیل (58/20) مربوط به شرایط عدم تنش خشکی(I₁) با کاربرد 100 کیلوگرم فسفر در هکتار(P₃) در زمان دوم اندازه گیری(T₂) بود(I₁P₃T₂). بطور کلی در هر دو زمان اندازه گیری با افزایش سطح تنش از میزان کلروفیل کاسته شد ولی در هر سطح تنش با افزایش میزان فسفر بر میزان کلروفیل بویژه در سطح اول تنش(I₁) افزوده شد و حاکی از اثر مثبت کود فسفر بود. همچنین میزان کلروفیل در زمان اندازه گیری دوم نسبت به مرحله اول اندازه گیری بیشتر بود. همچنین شواهدی در دست است مبنی بر آنکه جذب نیتروژن در ریشه با افزایش میزان فسفر افزایش می یابد(26).

جداول 4-6------------

درصد اسانس: تنها اثر تنش خشکی در سطح احتمال یک درصد بر این صفت معنی دار بود (جدول 2). بررسی میانگین های درصد اسانس نشان داد که با اعمال تنش ملایم (80 در صد ظرفیت مزرعه) افزایش درصد اسانس کم بود و با افزایش شدت تنش (60 درصد ظرفیت مزرعه) حدود 40 درصد اسانس افزایش یافت(جدول 4). این نتایج نشان می دهد که اعمال تنش شدید بیشتر از 60 درصد ظرفیت مزرعه برای بدست آوردن درصد بالاتر اسانس مناسب نخواهد بود زیرا با افزایش شدت تنش بیشتر از این مقدار، عملکرد گیاه کاهش و در نتیجه عملکرد اسانس گیاه هم کاهش می یابد. نتایج مشابهی در زمینه افزایش درصد اسانس در اثر اعمال تنش خشکی بر روی  گیاه ریحان توسط  Omidbaigi و همکاران(2003) ، ودر دیگر گیاهان از جمله آویشن (18) و نعناع فلفلی(3)  بدست آمده است.          

نتیجه گیری

گیاه ریحان به هنگام مواجه با تنش خشکی و کاهش رطوبت نسبی برگ، مکانیزم تنظیم اسمزی را با افزایش تجمع پرولین،پروتئین و قندهای محلول به کار گرفته و ازاین طریق شرایط کمبود آب را تا حدی تحمل می کند. شرایط تنش خشکی سبب افزایش درصد اسانس در گیاه ریحان شد و بیشترین اسانس در سطح60 درصد ظرفیت مزرعه بدست آمد . در شرایط 100 کیلوگرم فسفر در هکتار، محتوی رطوبت نسبی برگ بیشتر بود.  اندازه گیری کلروفیل در دو مرحله نیز نشان داد که در اوایل تنش خشکی، گیاه مقدار کلروفیل را افزایش می دهد ولی با تداوم تنش مقدار کلروفیل کاهش پیدا می کند. فلورسانس کلروفیل نیز که نماینگر واکنش عملکرد کوانتومی فتوسیستم II می باشد در شرایط خشکی شدید ،افزایش یافت که به دلیل آسیبی می باشد که به فتوسیستم وارد شده است.