تاثیر تیمار کردن بذر تحت شرایط تنش شوری و خشکی بر جوانه زنی گیاه گلرنگ

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد گروه زراعت، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

برای ارزیابی خصوصیات جوانه زنی رقم کوسه گیاه گلرنگ ، سه تیمار بذری شاهد، نیترات پتاسیم و هیدروپرایمینگ اعمال شد. تنش شوری
توسط نمک کلرید سدیم و تنش خشکی توسط پلی اتیلن گلیکول 6000 در پتانسیل های 0، 3/ 0- و 6/ 0- مگا پاسکال با هدایت الکتریکی 0، 6 و 12
دسی زیمنس اعمال شد. شاخص جوانه زنی، نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه، روزها تا 50 درصد جوانه زنی ) D50 ( و تعداد جوانه های غیر
طبیعی اندازه گیری شد. در تیمار با هیدروپرایمینگ، شاخص جوانه زنی و نسبت طول ریشه چه به طول ساقه چه افزایش یافت. با افزایش سطوح
شوری، شاخص جوانه زنی و نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه کاهش یافت؛ اما روزها تا 50 درصد جوانه زنی و تعداد جوانه های غیر طبیعی
افزایش یافت. با افزایش سطوح تنش خشکی، نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه نقصان پیدا کرد؛ اما روزها تا 50 درصد جوانه زنی و تعداد جوانه
های غیر طبیعی افزایش یافت. هیدروپرایمینگ باعث بهبود جوانه زنی تحت تنش شوری و خشکی و شرایط بدون تنش شد. به علاوه، انجام این
تیمار بذری، ساده بود؛ و به مواد شیمیایی گران قیمت یا تجهیزات فراوان نیز نیاز نداشت. بنابراین، هیدروپرایمینگ توانست خصوصیات مربوط به
جوانه زنی گلرنگ تحت شرایط تنش شوری و خشکی را در آزمایشگاه بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها


مقدمه

گلرنگ گیاهی یک ساله و روغنی است که بیشتر به خاطر روغن آن در سراسر جهان کشت می شود (Isigigure et al., 1995). شوری و خشکی دو فاکتور مهم محیطی هستند که تولید گیاهان را تحت تاثیر قرار می دهند (Serrano et al., 1999). شوری آب و خاک یکی از تنش های مهم در مناطق خشک و نیمه خشک است که می تواند تولید محصولات را محدود نماید (Shannon, 1998). تنش شوری باعث تأخیر در جوانه زنی بذر و استقرار گیاه چه می شود (Almansouri et al., 2001). خشکی جذب آب در طول فرآیند جذب یونی را کاهش می دهد (Murillo- Amador et al., 2002). آب یک فاکتور مهم در جوانه زنی و متابولیسم مواد در بذر است (Mayber, 1989; Carvalho and Nakagawa, 2000  ).

پتانسیل کم آب، به ویژه در ابتدای فرآیند جوانه زنی، باعث اختلال در جذب آب توسط بذر می شود (Serrano et al., 1999). تنش آب جوانه زنی را به تأخیر می اندازد (Hardegree and Emmerich, 1990).

پرایمینگ بذر یکی از تیمار های موثر در بهبود جوانه زنی بذر محصولات مختلف در شرایط تنش و غیر تنش است (Basra et al., 2003). از تکنیک های مختلف پرایمینگ بذر شامل هیدروپرایمینگ، اسموپرایمینگ و پرایمینگ با هورمون های مختلف برای تسریع در سبز شدن گیاه چه و افزایش مقاومت به خشکی در گیاهان مختلف مانند گندم (Iqbal and Ashraf, 2007)، نخود (Kaur et al., 2002)، آفتاب گردان (Kaya et al., 2006) و پنبه (‍Casenava and Toselli, 2007) استفاده شده است. تأثیرات سودمند پرایمینگ هم چنین در گیاهان دیگری هم چون چغندرقند، ذرت، سویا و گلرنگ نیز گزارش شده است (Parera and Cantliffe, 1994; Singh, 1995; Khajeh-Hosseini et al, 2003 and Sadeghiyan & Yavari, 2004).

بذور پرایم شده کلزا باعث کاهش ریسک استقرار گیاه چه هایی با بنیه ضعیف در شرایط هوای سرد و خاک های نامناسب شد (Rao et al., 1987)؛ هم چنین پرایمینگ، رشد گیاه چه تحت شرایط تنش کمبود آب و تنش شوری را بهبود بخشید (El Hafid et al., 1998).

گلرنگ نسبت به سایر گیاهان دانه روغنی، مقاومت بیش تری نسبت به خشکی و شوری دارد (Weiss, 2000)؛ اما این گیاه در مرحله جوانه زنی، سبز شدن و مراحل نموی نسبت به تنش خشکی و شوری حساس است (Mass, 1986).

هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر هیدروپرایمینگ و اسموپرایمینگ با نیترات پتاسیم بر مقاومت به شوری و خشکی گیاه گلرنگ در مرحله جوانه زنی بود.

مواد و روش ها

این مطالعه در دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان در سال 1387 بر روی رقم کوسه گیاه گلرنگ انجام شد. بذر مورد استفاده از مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی اصفهان تهیه گردید. برای ایجاد تنش شوری و خشکی، بذور به ترتیب در محلول هایی با پتانسیل اسمزی 0، 3/0- و 6/0- مگاپاسکال از نمک کلرید سدیم (Coons et al., 1990) و پلی اتیلن گلیکول 6000 (Michel and Kaufman, 1973) قرار داده شدند. به طوری که روزانه 10 میلی لیتر از محلول های مورد نظر به بشقابک های تیمار های مختلف اضافه شد؛ و هر 2 روز یک بار نیز کاغذ صافی بشقابک ها تعویض گردید تا از افرایش غلظت املاح در آن ها جلوگیری شود. هدایت الکتریکی با استفاده از دستگاه ECمتر اندازه گیری گردید؛ به طوری که مقدار آن در محلول نمک کلرید سدیم به ترتیب برابر با 0، 6 و 12
دسی زیمنس بود.

به منظور ایجاد تیمار هیدروپرایمینگ، بذور گلرنگ در آب مقطر با دمای 25 درجه سانتی گراد و به مدت 6 ساعت در تاریکی خیسانده شدند؛ و در راستای تهیه تیمار اسموپرایمینگ، بذور گلرنگ در محلولppm  500 نیترات پتاسیم در دمای 25 درجه سانتی گراد و به مدت 3 ساعت در تاریکی قرار داده شدند (Singh, 1995).

1- آزمون جوانه زنی

جهت آزمون جوانه زنی، 100 عدد بذر پرایم شده در چهار تکرار در داخل بشقابک هائی با کاغذ واتمن شماره 1 قرار داده شد؛ و
به میزان 10 میلی لیتر از محلول های تهیه شده به بشقابک ها اضافه شد. کاغذ ها هر دو روز یک بار در محلول نمک تعویض شدند تا از افزایش غلظت املاح در هر بشقابک  جلوگیری گردد (Rehman et al., 1996). بذرها در مدت 7 روز در دمای 25 درجه سانتی گراد جوانه  زدند؛ و زمانی که طول ریشه چه به 2 میلی متر رسید، به عنوان نماد جوانه زنی فرض گردید. درصد جوانه زنی هر 24 ساعت در طول 7 روز محاسبه شد (Coons et al., 1990).

نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه و شاخص جوانه زنی بعد از 7 روز اندازه گیری شد. روزها تا 10 و 50 درصد جوانه زنی (D10 و D50) در هر تیمار بذری بر مبنای روش کولبیر و همکاران (Coolbear et al., 1984) و فاروق و همکاران (Farooq et al., 2005) محاسبه شد. سپس سرعت جوانه زنی، شاخص جوانه زنی و نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه به ترتیب بر اساس روش کولبیر و همکاران (Coolbear et al., 1984)، ماگویر (Maguire, 1962) و سلطانی و همکاران ( Soltani et al., 2002) محاسبه گردید.

R50 = 1/D50

سرعت جوانه زنی = R50

مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی= D50

%Gmax = n7 × 1/D50 ×100

درصد جوانه زنی  %Gmax =

n7 = تعداد بذر جوانه زده در روز هفتم

GI = Σ [(Gi – Gi-1) / i]

شاخص جوانه زنی = GI

تعداد بذر جوانه زده در روز iام = GI

Allometry = shoot length / root length

آلومتری = نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه

D50 = ti + [N/2 – ni] (tj – ti) / nj – ni

مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی =D50

تعداد نهایی بذر جوانه زده = N

تعداد تجمعی بذر جوانه زده در زمان tj و ni = ti و nj

2- طرح آزمایشی

طرح آزمایشی به صورت فاکتوریل (3×3) در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با 4 تکرار اجرا شد. چون احتمال می رفت در داخل انکوباتور دما و نور برای تمام بشقابک ها یک سان نباشد، از بلوک بندی استفاده شد تا شرایط برای تمام تیمار ها هم سان باشد (که در واقع تکرار همان بلوک است). فاکتور اول، تیمار های بذری شامل شاهد، نیترات پتاسیم و هیدروپرایمینگ بود. فاکتور دوم، سطوح پتانسیل اسمزی شامل 0، 3/0- و 6/0- مگاپاسکال در محلول پلی اتیلن گلیکول و یا سطوح شوری شامل 0، 6 و 12 دسی زیمنس بود.

آنالیز داده ها با استفاده از نرم افزارSAS  انجام شد. تفاوت بین میانگین ها با استفاده از روش حداقل تفاوت معنی دار (p< 0.05) محاسبه شد.

نتایج

شاخص جوانه زنی در تیمار هیدروپرایمینگ بیش ترین مقدار (33/92) را نسبت به نیترات پتاسیم و شاهد به خود اختصاص داد (جدول 1). شاخص جوانه زنی در سطح شوری 6 دسی زیمنس بیشینه مقدار را نسبت به سطح شوری 0 و 12 دسی زیمنس داشت (60/92). در مجموع بذور هیدروپرایم شده بیش ترین شاخص جوانه زنی را در سطح متوسط شوری داشتند (29/94). تیمار کردن بذر باعث بهبود جوانه زنی تحت شرایط تنش و غیر تنش گردید. هر دو نوع تیمار بذری اثر ملموسی را نسبت به شاهد در شرایط تنش خشکی نشان دادند؛ و هیدروپرایمینگ به وضوح باعث بهبود معنی دار درصد جوانه زنی در پتانسیل آب پایین گردید. این نتایج با یافته های تورنتون و پاول (Thornton and Powell, 1992) در کلزا و اسریواسان و همکاران (Srinivasan et al., 1999) در هندوانه مطابقت داشت.

جدول 1------------------------

بذور هیدروپرایم  شده بیش ترین نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه یا آلومتری را نسبت به بذور تیمار شده با نیترات پتاسیم و شاهد داشتند (جدول 2). بیشینه نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه در سطح صفر شوری (10/3) و کمینه نسبت طول ساقه چه به طول
ریشه چه در سطح 12 دسی زیمنس شوری به دست آمد (98/2). بذور هیدروپرایم شده گلرنگ بیش ترین نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه را در سطح 6 دسی زیمنس شوری داشتند (66/3). با افزایش سطوح خشکی، نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه کاهش یافت؛ و بیشینه نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه توسط بذور هیدروپرایم شده در شرایط بدون تنش حاصل شد (32/3). در این آزمایش، هیدروپرایمینگ باعث افزایش نسبت ریشه چه به ساقه چه گردید. کائور و همکاران  نشان دادند که اعمال هیدروپرایمینگ بر روی بذور در شرایط غیر تنش نسبت به اعمال تنش، رشد طولی ریشه و ساقه را افزایش داد (Kaur et al., 2002). بررسی ها حاکی از این بود که رشد ریشه و ساقه به طور معنی داری در تنش اسمزی 6/0- مگاپاسکال کاهش یافت (El Hafid etal., 1998).

 

 

 

جدول 2-----------------

تیمار شاهد با میزان 21/23 روز، بیش ترین مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی را نسبت به تیمار بذور با نیترات پتاسیم و هیدروپرایمینگ به خود اختصاص داد (جدول 3). با افزایش سطوح شوری، مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی افزایش یافت؛ و بیشینه مقدار آن در تیمار شاهد در سطح شوری 12 دسی زیمنس بود (59/17). هیدروپرایمینگ نسبت به نیترات پتاسیم و شاهد کم ترین مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی را به خود اختصاص داد (11/13). به طور میانگین، بیشینه مقدار مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی تحت پتانسیل اسمزی 6/0- مگاپاسکال تنش خشکی (67/25) و کمینه مقدار آن تحت پتانسیل اسمزی صفر به دست آمد (06/13).

جدول 3---------------------

 

کم ترین مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی مربوط به بذور هیدروپرایم شده در محلول صفر مگاپاسکال تنش خشکی (77/12) و بیش ترین مقدار آن مربوط به بذور شاهد در محلول 6/0- مگاپاسکال تنش خشکی بود (88/16). به هر حال، تیمار KNO3 باعث کاهش 30 درصدی و تیمار هیدروپرایمینگ باعث نقصان 40 درصدی مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی نسبت به شاهد شد که نشان می دهد هیدروپرایمینگ اثر بیش تری را در کوتاه کردن مدت زمان جوانه زنی داشته است. در این آزمایش اثرات سودمند نیترات پتاسیم در جوانه زنی نیز مشاهده شد. تحت تأثیر پرایمینگ بذر، مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی کاهش یافت؛ اما کلرید سدیم باعث تأخیر در آن شد. این امر می تواند به این دلیل باشد که جذب آب در بذور هیدروپرایم شده زودتر آغاز شده و با سرعت بیش تری انجام می شود. در نتیجه ی این جذب سریع آب، تقسیم سلولی با سرعت بالاتری صورت گرفته و باعث افزایش سرعت جوانه زنی و طول ریشه و ساقه می شود. بر مبنای نتایج نهایی حاصل از این آزمایش، هیدروپرایمینگ باعث کاهش مدت زمان تا 50 درصد جوانه زنی شد، اما درصد نهایی جوانه زنی در نیترات پتاسیم بیش تر بود. البته احتمال دارد اثر غیر سمی نیترات پتاسیم منجر به تجمع یونی در جنین بشود (Demir and Van, 1999). بذور در محلول کلرید سدیم نسبت به پلی اتیلن گلیکول در پتانسیل آب برابر، جوانه زنی را بهتر انجام دادند که این نتایج با یافته های خواجه حسینی و همکاران (Khajeh-Hosseini et al., 2003) در سویا مطابقت داشت. این امر ممکن است به دلیل جذب Na+ و Cl- به وسیله بذر و ایجاد شیب غلظت مواد در بذر بوده باشد؛ که به جذب آب در طی فرآیند جوانه زنی بذر کمک نموده است.

بیش ترین تعداد گیاه چه طبیعی با میزان 9/4 در تیمار شاهد در مقایسه با هیدروپرایمینگ (4/2) و اسموپرایمینگ با نیترات پتاسیم (8/1) به دست آمد (جدول 4). با افزایش سطوح شوری، تعداد گیاه چه غیرطبیعی افزایش یافت. کم ترین تعداد گیاه چه غیرطبیعی از تیمار هیدروپرایمینگ (75/15) حاصل شد؛ درحالی که بیش ترین تعداد گیاه چه غیرطبیعی در تیمار اسموپرایمینگ با نیترات پتاسیم با بالاترین سطح خشکی (100) به دست آمد. بیشینه تعداد گیاه چه غیرطبیعی در سطح شوری 12 دسی زیمنس (7/6) در مقایسه با سطح 6 و صفر دسی زیمنس به دست آمد. نتایج نشان داد که هیدروپرایمینگ و نیترات پتاسیم اثر معکوسی بر صفت تعداد گیاه چه غیرطبیعی تحت تنش شوری و خشکی داشتند. با افزایش سطوح خشکی و شوری، تعداد گیاه چه های غیرطبیعی افزایش یافت. این نتایج با
یافته های سینگ (1995) و شیوانکار و همکاران (2003) مطابقت داشت. به هرحال بین انواع مختلف تیمار های بذری در جوانه زنی بذور تحت شرایط تنش شوری و آب، اختلاف وجود داشت. تحقیقات نشان داد که افزایش تنش خشکی باعث افزایش تعداد گیاه چه های غیرطبیعی در چغندرقند شد (Sadeghiyan and Yavari, 2004). در بیش تر گیاهان، پیش خیساندن بذور باعث بهبود جوانه زنی و استقرار گیاه چه می شود (Shahbaz et al., 1998).

جدول 4---------------

 

این تحقیق نشان داد که هیدروپرایمینگ باعث بهبود جوانه زنی در شرایط تنش شوری و خشکی و شرایط غیر تنش شد. بنابراین، هیدروپرایمینگ می تواند جهت بهبود جوانه زنی گلرنگ تحت شرایط بدون تنش و تنش مورد استفاده قرار گیرد. ازآن جایی که استفاده از این تیمار ساده و ارزان است؛ و احتیاج به مواد شیمیایی پرهزینه برای تیمار بذر نیست؛ بنابراین استفاده از آن در سطح وسیع مقرون به صرفه و برای کشاورز امکان پذیر است. کشاورز می تواند بعد از اعمال هیدروپرایمینگ بر روی بذور، آن ها را در دمای معمولی (حدود  ºC 25) خشک نماید تا به رطوبت اولیه خود برسند. در این هنگام بذر ها آماده استفاده در مزرعه هستند.

 

Almansouri, M., Kinet, J. m., Lutts, S., 2001. Effect of salt and osmotic stresses on germination in durum wheat (Triticum durum Desf.). Plant Soil, 231: 243-245.

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. Inter. J. of Agri. & Bio., 5: 1117-1120.

Carvalho, N.M., Nakagawa, J. Germinação de sementes, I., 2000. In:Carvalho, N.M.; Nakagawa, J. Sementes: Ciência, tecnologia e produção. Jaboticabal, 4: 128-166.

Casenave, E. C, Toselli, M. E., 2007. Hydropriming as a pre-treatment for cotton germination under thermal and water stress conditions. Seed Sci. Technol., 35: 88-98.

Coolbear, P., Francis, A., Grierson, D., 1984. The effect of low temperature pre-sowing treatment under the germination performance and membrane integrity of artificially aged tomato seeds. J. Exp. Bot., 35: 1609–1617.

Coons, M. J., Kuehl, R. O., Simons, N. R., 1990. Tolerance of ten lettuce cultivars to high temperature combined with NaCl during germination. J. Am. Soc. Hort. Sci., 115:1004-1007.

Demir, I., Van De Venter, H. A., 1999. The effect of priming treatments on the performance of watermelon (Citrillus Lanatus (Thunb.). Seed sci. Technol., 27: 871-875.

El Hafid, R., Smith Dan, H., Karrou, M., Samir, K., 1998. Physiological responses of spring durum wheat cultivars to early-season drought in a Mediterranean Environment. Ann. Bot., 81: 363-370.

Farooq, M., Basra, S.M.A., Hafeez, K., Ahmad, N., 2005. Thermal hardening: a new seed vigor enhancement tool in rice. J. Integ. Plant Biol., 47: 187–93.

Hardegree, S. P., Emmerich, W. E., 1990. Effect of polyethylene glycol exclusion on the water potential of solution saturated filter paper. Plant Physiol., 92: 462-466.

Iqbal, M., Ashraf, M., 2007. Seed treatment with auxins modulates growth and ion partitioning in salt-stressed wheat plants. J. Integr. Plant Biol., 49: 1003-1015.

Işigigure, A., Karaosmanoğlu, F., Aksoy, H.A., 1995. Characteristics of safflower seed oils of Turkish Origin. J. Am.Chem.Soc., 72:1223-1225.

Kaur, S., Gupta, A. K., Kaur, N., 2002. Effect of osmo- and hydropriming of chickpea seeds on seedling growth and carbohydrate metabolism under water deficit stress. Plant Growth Regul., 37:17-22.

Kaya, M. D., Okcu, Atak, M., Cikili, Kolsarici, Y., 2006. Seed treatments to overcome salt and drought stress during germination in sunflower (Helianthus annuus L.). Eur. J. Agron., 24: 291-295.

Khajeh-Hosseini, M., Powell, A. A., Binghman, I. J., 2003. The interaction between salinity stress and seed vigour during germination of soybean seeds. Seed sci. Technol., 31: 715-725.

Maguire, J. D., 1962. Speed of germination aid in selection and evaluation for seedling emergence and vigor. Crop Sci., 2: 176-177.

Mass E. V., 1986. Salt tolerance of plants. Appl. Agric. Res., 1: 12-26.

Mayber, A. M., 1989. The germination of seeds. 4.Essd. New York: Pergamon Press, 270.

Michel, B.E., 1983. Evaluation of the water potentials of solutions of polyethylene glycol 8000 both in the absence and presence of other solutes. Plant Physiol., 72: 66-70.

Michel, B. E., Kaufman, M.R., 1973. The osmotic potential of polyethylene glycol 6000. Plant Physiol., 51: 914-916.

Murillo-Amador, B., Lopez-Aguilar, R. C., Kaya, Larrinaga-Mayoral, Flores- Hernandez, A., 2002. Comparative effects of NaCl and polyethylene glycol on germination, emergence and seedling growth of cowpea. Crop Sci., 188: 235-247.

Parera, C. A., Cantliffe, D. J.,1994. Presowing seed priming. Hort. Rev., 16: 109-141.

Rao, S. C., Aker, S.W., Ahring R.M., 1987. Priming Brassica seed to improve emergence under different temperatures and soil moisture. Crop Sci., 27, 1050-1053.

Rehman, S., Harris, P.J.C., Bourne, W.F., wilkin, J., 1996. The effect of sodium chlorice on germinum content of Acacia seeds. Seed Sci. Technol., 25: 45-57.

Sadeghiyan, S.Y., Yavari, N., 2004. Effect of water-deficit stress on germination and early seedling growth in sugar beet. Crop Sci., 190: 138-144.

SAS user,s guide statistic (ver.9.1) SAS Institute, Cary, NC.

Serrano, R., Macia, F. C., Moreno, V., 1999. Genetic engineering of salt and drought tolerance with yeast regulatory genes. Sci. Hortic., 78: 261-269.

Shahbaz, A., Anwar, M., Ullah, H., 1998. Wheat seed pre-soaking for improved Germination. J. Agron. Crop Sci., 181: 125-127.

Shannon, M. C., 1998. Adaptation of plant to salinity. Adv. Agron., 60: 75-119.

Shivankar, R.S., Deore, D. B., Zode, N.G., 2003. Effect of pre-sowing seed treatment on establishment and seed yield of sunflower. J. Oilseeds Res., 20: 299-300.

Singh, B.G., 1995. Effect of hydration-dehydration seed treatments on vigour and yield of sunflower. Indian J. Plant Physiol., 38: 66-68.

Soltani, A., Galeshi, S., Zeinali, E., latifi, N., 2002. Germination, seed reserve utilization and seedling growth of chickpea as affected by salinity and seed size. Seed sci. & Technol., 30: 51-60.

Srinivasan K., Saxena, S., Singh, B.B., 1999. Osmo-and hydropriming of mustard seeds to improve vigour and some biochemical activities. Seed Sci. Technol., 27: 785-793.

Thornton, J.M., Powell, A. A., 1992. Short term aerated hydration for the improved of seed quality on Brassica oleracea. Seed Sci. Technol., 2: 41-49.

Weiss, E.A., 2000. Safflower. In: Oilseed Crops, Blackwell Sci. Ltd., 93-129.