تأثیر محلول‌پاشی عنصر روی و هورمون اکسین بر تغییرات هورمونی و رشد گیاه ذرت (Zea mays L.)

نویسندگان

1 گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، کرج، ایران

2 گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 بخش تحقیقات فیزیولوژی مولکولی، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

پژوهش حاضر به منظور بررسی تأثیر محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین (ایندول بوتریک اسید) بر غلظت دو هورمون اکسین و آبسیزیک اسید در دو بخش هوایی و ریشه گیاه ذرت انجام شد. آزمایش در قالب بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار و هشت تیمار محلول‌پاشی در مرحله رشد رویشی (شامل ترکیبات مختلف عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین) در سال 1385 در ایستگاه تحقیقات کشاورزی ورامین به اجرا در آمد. نتایج نشان داد که نوع ترکیبات عنصر روی و تنظیم‌کننده اکسین موجب افزایش غلظت هورمون‌های اکسین و آبسیزیک اسید در هر دو بخش هوایی و ریشه شد. همچنین وزن تر و خشک ریشه و بخش هوایی افزایش یافت. از نتایج مهم این تحقیق این است که در اثر تیمارهای محلول‌پاشی، تغییرات غلظت دو هورمون اکسین و آبسیزیک اسید در بخش هوایی گیاه (برگ‌ها) به طور موازی صورت گرفت. مشابه این حالت در غلظت دو هورمون در ریشه با ضریب همبستگی پایین‌تر و غیرمعنی‌دار نیز مشاهده گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of zinc (Zn) and auxin (IBA) foliar application on phytohormonal variation and growth of corn (Zea mays L.)

نویسندگان [English]

  • Behnam Zand 1
  • Ali Sorooshzadeh 1
  • Faezeh Ghanati 2
  • Foad Moradi 3
1 Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Department of Plant Biology, Faculty of Biological Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Department of Molecular Physiology, Institute of Agriculture Biotechnology, Karaj, Iran
چکیده [English]

In order to assess corn responses to zinc compounds and auxin (Indole Butyric Acid) foliar application in shoots and roots, a pot experiment was carried out in randomized complete block design in three replications. Results showed that, zinc and auxin increased auxin and abscisic acid concentration both in shoots and roots. Also, fresh and dry weight of shoot and root increased model to foliar application, because protein synthesis was increased. On the other hand, according to unusual case, auxin and ABA showed positive parallel variation both in shoot and root, but this relation was more noticable in shoots.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Root dry weight
  • Root length
  • Shoot dry weight
  • Hormone ratio

عنصر روی یکی از عناصر ضروری است که کمبود آن در ایران عمدتاً ناشی از آهکی بودن خاک‌های زراعی،اسیدیته بالا، حضور بی‌کربنات فراوان در آب‌های آبیاری، مصرف زیاد و بیش از نیاز کودهای فسفاته و عدم رواج مصرف کودهای محتوی عنصر روی است (Malakouti and Tehrani, 2001). میزان شدت واکنش گیاهان به شرایط کمبود عنصر روی بر حسب جنس، گونه و حتی رقم گیاه متفاوت است و در میان گیاهان زراعی به طور مشخص برنج، ذرت و لوبیا به عنوان حساس‌ترین گیاهان به کمبود این عنصر شناخته شده‌اند (Alloway, 2004). در مطالعه‌ای در شرایط کمبود عنصر روی در دو گیاه ذرت و نخود چنین گزارش شد که فعالیت آنزیم‌های کربوکسیلاسیون از جمله: کربنیک انیدراز، ریبولوز 1 و 5- دی فسفات کربوکسیلاز و اکسیژناز (روبیسکو) متوقف شد و میزان کلروفیل و سرعت فتوسنتز در فتوسیستم II و میزان پروتئین کل محدود گردید (Salama et al., 2006). تغذیه گیاه نعنا با غلظت‌های مختلف عنصر روی موجب کاهش میزان مونوترپن‌های اکسیژنه در اسانس این گیاه شد (Zare Dehabadi et al.,2010). از سوی دیگر، این عنصر برای سنتز تریپتوفان که پیش‌ماده هورمون اکسین است مورد نیاز است (Heldt, 2005). هورمون اکسین در گیاه نقش محوری در تنظیم فرآیندهای مختلف فیزیولوژیک از جمله ریشه‌زایی و به ویژه ریشه‌های فرعی به عهده دارد (Marschner, 1995). بررسی‌های انجام شده اثر هورمون‌های گروه اکسین و عنصر روی بر ریشه‌زایی و رشد بخش هوایی گیاهان را ثابت کرده است. در بررسی آثار کمبود عنصر روی بر نسبت وزن خشک بخش هوایی به ریشه در ژنوتیپ های برنج چنین مشخص شد که نسبت وزن خشک بخش هوایی به ریشه، حساس‌ترین شاخص در ارزیابی ژنوتیپ‌ها جهت تحمل به تنش عنصر روی است (Sudhalakshmi et al., 2007). در مطالعه‌ای دیگر چنین مشاهده شد که اتیلن، رشد ریشه‌ها را از طریق اثر بر بیوسنتز و توزیع اکسین تنظیم می‌نماید (Ruzicka et al., 2007). در بررسی روابط بین انتقال اکسین و تولید انشعابات بخش هوایی در گیاه ذرت چنین نتیجه گرفته شد که تولید این انشعابات در ذرت طی نمو رویشی و زایشی از آثار فعالیت ناقلان در سازوکار حرکت قطبی اکسین است (Gallavotti et al., 2008).

در گیاهان مختلف از جمله ذرت اغلب برای جبران کمبود عنصر روی از ترکیبات سولفات روی (ZnSo4) و کلات روی (Zn EDTA) استفاده می‌شود که در این بین، استفاده از سولفات روی به علت ارزان‌تر بودن در اولویت است (Zand et al., 2010). با وجود این که پیش از این نقش عنصر روی در سازوکار اکسین در گیاهان مختلف گزارش شده است اما در مورد تأثیر محلول‌پاشی ترکیبات مختلف عنصر روی و ماده تنظیم‌کننده رشد اکسین بر تغییرات غلظت اکسین و سایر هورمون‌های و رابطه آنها با رشد گیاهان مطالعات زیادی صورت نگرفته است. به همین علت، در پژوهش حاضر تأثیر محلول‌پاشی سولفات روی (ZnSo4) و کلات روی (Zn EDTA) بر رشد گیاه ذرت و تغییرات غلظت اکسین و آبسیزیک اسید مورد توجه قرار گرفت.

 

مواد و روش‌ها.

پژوهش حاضر در سال 1385 در ایستگاه تحقیقات کشاورزی ورامین اجرا گردید. بذور گیاه ذرت هیبرید سینگل کراس 704، در سطل‌هایی با حجم تقریبی 40 لیتر که محتوی خاک با مشخصات فیزیکی و شیمیایی ذکر شده در جدول 1 کاشته شدند. سطل‌ها در شرایط گلخانه‌ای با دامنه درجه حرارتی روز و شب به ترتیب در حدود 30 و 17 درجه سانتیگراد وطول روز به مدت کمتر از 12 ساعت با استفاده از منبع روشنایی مصنوعی (لامپ‌های فلورسنت) نگهداری شدند.آزمایش در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار و محلول‌پاشی 8 تیمار (جدول 2) از ترکیبات مختلف عنصر روی و ماده تنظیم‌کننده رشد اکسین بود.

 

جدول 1- مشخصات فیزیکی شیمیایی خاک

عمق (سانتی‌متر)

0-30

اسیدیته کل اشباع

6/7

هدایت الکتریکی (دسی‌زیمنس بر متر)

3

مواد خنثی شونده (T.N.V)

17

کربن آلی (درصد)

72/0

بافت خاک

لومی-رسی

فسفر (میلی‌گرم بر کیلوگرم)

6/10

پتاسیم (میلی‌گرم بر کیلوگرم)

300

آهن (میلی‌گرم بر کیلوگرم)

4/4

منیزیم (میلی‌گرم بر کیلوگرم)

5/11

منگنز (میلی‌گرم بر کیلوگرم)

42/0

مس (میلی‌گرم بر کیلوگرم)

5/0

 

جدول 2- تیمارهای محلول‌پاشی استفاده شده

شماره تیمار

تیمار محلول‌پاشی

1

سولفات روی (25 درصد) + اکسین (10 میلی‌گرم بر لیتر) + تویین 20

2

سولفات روی (25 درصد) + تویین 20

3

کلات روی (15 درصد) + اکسین (10 میلی‌گرم بر لیتر) + تویین 20

4

کلات روی (15 درصد) + تویین 20

5

اکسین (10 میلی‌گرم بر لیتر) + تویین 20

6

ماده مومی (مویان)+ تویین 20

7

آب

8

بدون محلول‌پاشی

 

محلول‌پاشی در سه نوبت با فواصل زمانی دو روز در مرحله ظهور برگ چهاردهم بر اساس تقسیم‌بندی مراحل فنولوژیک ذرت انجام شد (Hanway, 1971). محلول‌پاشی عنصر روی برای هر دو نوع ترکیب با غلظت عنصر روی در محلول به صورت 5 در هزار و غلظت ایندول بوتریک اسید نیز 10 میلی‌گرم در لیتر در نظر گرفته شد. محلول‌پاشی عنصر روی و ایندول بوتریک اسید به صورت جداگانه توسط دستگاه محلول پاش 100 لیتری انجام شد. به منظور افزایش مدت زمان ماندگاری ترکیبات مختلف محلول‌پاشی روی بوته‌ها از ماده‌ای چسبنده و مومی به نام تویین 20 با نسبت 5/0 درصد حجمی استفاده گردید. ماده تنظیم‌کننده رشد ایندول بوتریک اسید از شرکت سیگما و از الکل جهت تهیه محلول ایندول بوتریک اسید استفاده شد. محلول‌پاشی تیمارهای مختلف عنصر روی در ساعات اولیه صبح و محلول‌پاشی تنظیم‌کننده اکسین در آستانه غروب خورشید و حداقل شدت روشنایی صورت گرفت.

سی روز پس از اعمال تیمارها، بوته‌ها به طور کامل به همراه ریشه از خاک خارج شد. بخش هوایی و ریشه در دمای 75 درجه سانتیگراد در داخل آون تا زمانی که وزن نمونه‌ها ثابت گردد نگهداری شدند. وزن خشک نمونه‌ها به تفکیک اندازه‌گیری شد.

برای تعیین طول ریشه‌ها از رابطه 1 استفاده شد (Alizadeh, 2004):

89/0] وزن ریشه‌ها (میلی‌گرم) [= طول ریشه‌ها (سانتی‌متر)

.استخراج، خالص‌سازی و اندازه‌گیریایندول 3- استیک اسید(IAA) و آبسیزیک اسید (ABA).(Yokota et al., 1994): برای این منظور از نمونه‌های برگ نگهداری شده در دمای 80- درجه سانتیگراد استفاده گردید. 2 گرم از نمونه منجمد شده، به وسیله نیتروژن مایع و هاون چینی ساییده شده و در لوله‌های مخروطی50 میلی‌لیتری ریخته شد و پس از افزودن 40 میلی‌لیتر محلول متانول 80 درصد حاوی 25/0 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر بوتیلاتد هیدروکسی تولوئن و 5/0 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر سدیم آسکوربات به آن، به مدت 16 ساعت در تاریکی و در دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری شد تا عمل انحلال به خوبی صورت گیرد. سپس نمونه‌ها با کاغذ صافی واتمن شماره 1 صاف شد و رسوبات باقیمانده روی فیلتر سه بار با محلول استخراج شسته شدند. حدوداً دو سوم متانول نمونه‌ها توسط دستگاه لیوفلایزر (مدل Virtis، شرکت SP Industries Inc.، آمریکا) حذف شد. به محلول باقیمانده به مقدار هم حجم آن بافر فسفات اضافه و اسیدیته آن با هیدروکسید پتاسیم 2/0 نرمال در سطح 5/8 تنظیم شد. در ادامه، به محلول موجود 5 تا 8 میلی‌لیتر اتیل استات اضافه و مخلوط شد و بخش آلی (اتیل استات) دور ریخته شد. این عمل دو بار دیگر نیز تکرار شد. با توجه به این اصل که اسیدهای ضعیف نظیر IAA و ABA در اسیدیته قلیایی در فاز غیرآلی حل میشوند، در این مرحله ترکیباتی که در اسیدیته قلیایی در فاز آلی حل می‌شوند از محلول حذف گردیدند. سپس، اسیدیته بخش غیرآلی توسط کلریدریک اسید 2/0 نرمال در حدود دو تا سه تنظیم شد و دو بار دیگر اتیل استات به محلول باقی مانده اضافه شد. با این تفاوت که این بار در هر دو مرحله اتیل استات در ظرف جداگانه نگهداری شد و بخش غیرآلی دور ریخته شد. شایان ذکر است که با اسیدی شدن محلول، IAA و ABA در فاز آلی حل شده، در این شرایط ترکیبات محلول در فاز غیرآلی حذف شدند. در ادامه، اتیل استات توسط دستگاه لیوفلایزر کاملاً تبخیر شد و باقیمانده بلافاصله در 2 میلی‌لیتر متانول حل و از فیلتر یک بار مصرف عبور داده شد. محلول به دست آمده توسط دستگاه HPLC (مدل UV Detector 2500Pump 1000، شرکت Knauer، ساخت آلمان) با استفاده از ستون C18 و شدت جریان 8/0 میلی‌لیتر در ثانیه با حلال استیک اسید 1/0 نرمال و متانول 80 درصد به نسبت 50:50 در طول موج 257 نانومتر، بررسی شد و غلظت IAA و ABA با استفاده از غلظت‌های مختلف استانداردهای این دو ماده (20 و 40 و 60 و 80 و 100 میکرو مول) تعیین شد. نتایج در نرم‌افزار MSTAT-C تحلیل آماری و برای انجام مقایسه بین میانگین‌ها از روش دانکن استفاده شد.

 

نتایج و بحث.

نتایج جدول تجزیه واریانس نشان داد که تأثیر تیمارهای محلول‌پاشی بر کلیه صفات مطالعه شده به غیراز نسبت غلظت اکسین به غلظت آبسیزیک اسید برگ، معنی‌دار بود (جدول 3).

نتایج جدول 4 نشان داد که بالاترین غلظت عنصر روی ناشی از محلول‌پاشی کلات روی به همراه اکسین و پس از آن محلول‌پاشی کلات روی به تنهایی بود. از نظر میانگین غلظت این عنصر در برگ ترکیب سولفات روی و اکسین و مصرف سولفات روی بدون اکسین با قرار گرفتن در گروه‌بندی جداگانه بالاترین سطوح غلظت را نشان دادند. این نتایج گویای اثربخشی ترکیب کلات روی نسبت به منبع سولفات روی است (جدول 4). Salardini و Mojtahedi (1994) مقدار عنصر روی در ماده خشک گیاه ذرت را در حالت کمبود بین 0-10، در حالت کم 11-20، در حد کافی 21-70 و در مقادیر زیاد بین 71-150 قسمت در میلیون گزارش نموده‌اند. بنابراین، با در نظر گرفتن مقادیر فوق چنین مشاهده می‌شود که تیمار محلول‌پاشی کلات روی و اکسین به همراه ماده مومی مویان 20 با میانگین 04/24 قسمت در میلیون سطوح مکفی عنصر روی را در گیاه تأمین نموده است و در مقابل، سه تیمار تویین 20، محلول‌پاشی با آب و عدم محلول‌پاشی با مقادیر کمتر از 10 قسمت در میلیون عنصر روی گیاه را با کمبود این عنصر مواجه ساخته است. بر اساس نتایج پژوهش حاضر، در خصوص تعیین مرز بین سطوح کمبود، کم، کافی و زیاد بودن عنصر روی منابع مختلف، می‌توان نتیجه گرفت که ترکیب کلات روی و اکسین به همراه ماده تویین 20 از لحاظ تأمین این عنصر در پیکره گیاه در مقایسه با شاهد بسیار کارآمد بوده است. در این رابطه، Marschner (1995) غلظت بحرانی عنصر روی را 15 تا 20 میلی‌گرم روی در هر کیلوگرم وزن خشک برگ و در مقابل، حدود 400 تا 500 میلی‌گرم در هر کیلوگرم را طیف سمّی این عنصر تعیین نموده است.

بررسی صفات اشاره شده در جدول 3 نشان داد که محلول‌پاشی اکسین به تنهایی (تیمار 5) تأثیر معنی‌داری بر افزایش غلظت اکسین در برگ نسبت به غلظت اکسین در برگ در گیاهان شاهد (تیمارهای 6 , 7 و8 که به ترتیب محلول‌پاشی تویین 20، آب و بدون محلول‌پاشی است) نداشت (جدول 4). غلظت اکسین در برگ گیاهانی که تنها با اکسین محلول‌پاشی (تیمار 5) شده بودند مشابه با گیاهانی که با سولفات روی یا کلات روی بدون اکسین محلول‌پاشی (به ترتیب تیمارهای 2 و 4) شده بودند بود. در صورتی که محلول‌پاشی سولفات روی یا کلات روی همراه با اکسین نسبت به تیمارهای شاهد (تیمارهای 6، 7 و 8 به ترتیب: محلول‌پاشی تویین 20، آب و بدون محلول‌پاشی) موجب افزایش معنی‌دار در غلظت اکسین در برگ شد. این امر نشان دهنده تأثیر ترکیبات روی بر سنتز هورمون اکسین است.

 

 

جدول 3- تجزیه واریانس اثر محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین. **، * و ns به ترتیب معنی‌دار در سطح 1 و 5 درصد و غیرمعنی‌دار.

میانگین مربعات صفات (MS)

منبع تغییرات

درجه آزادی

غلظت روی در برگ

اکسین در برگ

آبسیزیک اسید در برگ

اکسین در ریشه

آبسیزیک اسید در ریشه

نسبت اکسین به آبسیزیک اسید در برگ

نسبت اکسین به آبسیزیک اسید در ریشه

وزن خشک بخش هوایی

وزن خشک ریشه

طول ریشه

تکرار

2

ns124/0

ns8/2534

ns9/289

ns1/38

ns39/7

ns9/20

ns08/6

ns33/0

ns05/0

ns2/65

محلول‌پاشی

7

**48/98

**8/51433

**1/441

**1/5282

*01/42

ns2/2

**7/57

ns056/0

*044/0

*74/53

خطای آزمایش

14

076/0

3/551

9/56

1/25

4/6

4/8

5/6

10/0

009/0

02/11

ضریب تغییرات (درصد)

-

95/1

95/7

18/25

69/3

29/18

61/27

95/23

73/44

8/31

9/31


جدول 4- میانگین اثر تیمارهای محلول‌پاشی. 1) سولفات روی+ اکسین+ تویین 20؛ 2) سولفات روی+ تویین 20؛ 3) کلات روی + اکسین+ تویین 20؛ 4) کلات روی+ تویین 20؛ 5) اکسین+ تویین 20؛ 6) تویین 20؛ 7) آب؛ 8) بدون محلول‌پاشی. حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح احتمال 5 درصد.

شماره تیمار

غلظت روی در برگ

(قسمت در میلیون)

غلظت اکسین در برگ

(میکرومول بر گرم وزن تازه)

غلظت آبسیزیک اسید در برگ

(میکرومول بر گرم وزن تازه)

غلظت اکسین در ریشه

(میکرومول بر گرم وزن تازه)

غلظت آبسیزیک اسید در ریشه

(میکرومول بر گرم وزن تازه)

نسبت اکسین

به آبسیزیک اسید در ریشه

وزن خشک ریشه

(گرم در هر بوته)

طول ریشه

(سانتی‌متر)

1

c26/15

a4/488

a08/47

ab8/163

bc5/8

ab27/19

a63/0

a15/22

2

c 99/14

abc1/413

ab13/42

a8/165

bc5/10

bc79/15

a65/0

a85/22

3

a04/24

ab2/438

ab04/41

abc8/161

c5/6

a89/24

ab45/0

b82/15

4

b 65/19

bc7/372

ab79/40

bc6/151

ab66/14

cd34/10

b28/0

c84/9

5

d96/13

cd3/333

ab6/37

c6/148

abc76/12

cd65/11

ab45/0

b82/15

6

f98/7

d3/289

b19/25

abc1/155

ab23/14

cd90/10

b23/0

c08/8

7

e98/8

cd6/347

a54/45

abc6/161

a24/17

cd38/9

ab40/0

b06/14

8

f 24/8

cd7/346

a53/50

ab6/163

a24/19

d51/8

b23/0

c08/8

 

 

عنصر روی جهت سنتز اکسین (تنظیم‌کننده رشد) ایندول استیک اسید (IAA) مورد نیاز است. توقف رشد و کوچکی برگ مشخص‌ترین علایم قابل مشاهده کمبود عنصر روی است که نتیجه اخلال در سازوکار اکسین است، به ویژه سطوح پایین IAA ممکن است ناشی از ساخته نشدن IAA یا افزایش تخریب IAA باشد. شواهد فراوانی وجود دارد که عنصر روی برای سنتز تریپتوفان (پیش‌ماده بیوسنتز IAA) مورد نیاز است. از جمله این مشاهدات، افزایش میزان تریپتوفان در دانه‌های برنج پس از مصرف عنصر روی در گیاهان رشد نموده در خاک آهکی است (Brown et al., 1993؛ Taiz and Zeiger, 2002؛ (Heldt, 2005.

در رابطه با غلظت اکسین در ریشه جدول 4 نشان می‌دهد که محلول‌پاشی اکسین به تنهایی (تیمار 5) تأثیر معنی‌داری بر افزایش غلظت اکسین در ریشه نسبت به غلظت اکسین در ریشه در گیاهان شاهد (به ترتیب تیمارهای 6 و 7) نداشت و حتی نسبت به تیمار 8 (بدون محلول‌پاشی) نیز کاهش معنی‌داری داشت. محلول‌پاشی کلات روی بدون اکسین یا همراه با اکسین (به ترتیب تیمارهای3 و 4) نسبت به محلول‌پاشی اکسین به تنهایی (تیمار 5) تأثیر معنی‌داری بر غلظت اکسین در ریشه نداشتند. محلول‌پاشی سولفات روی به تنهایی یا همراه با اکسین (به ترتیب تیمارهای 2 و 1) نسبت به تیمارهای شاهد (تیمارهای 6، 7 و 8) تأثیر معنی‌داری بر غلظت اکسین در ریشه گیاهان نداشت، اما نسبت به گیاهان محلول‌پاشی شده با اکسین به تنهایی (تیمار 5) به طور معنی‌داری سبب افزایش غلظت اکسین در ریشه شد. این امر نشان دهنده تأثیر محلول‌پاشی ترکیبات عنصر روی بر انتقال هورمون اکسین است. در خصوص تأثیر نوع ترکیبات عنصر روی بر انتقال اکسین در پیکره گیاه سازوکار مشخصی ارایه نشده است، اما به نظر می‌رسد از جمله عوامل مؤثر بر انتقال اکسین، غلظت آن در گیاه است که خود غلظت تابعی از غلظت عنصر روی در گیاه است که ساخت اکسین را تنظیم می‌کند.

بخشی از غلظت‌های اکسین در برگ‌ها به علت فرآیندهای سازوکاری تنظیم‌کننده اکسین در گیاه است که عامل مهمی برای تنظیم اکسین آزاد بوده است. در خصوص انتقال IAA از بخش هوایی (ناشی از محلول یا بیوسنتز طبیعی IAA) دو سیستم اصلی شناخته شده است: الف) سیستم انتقال یک طرفه، قطبی و انرژی‌خواه و ب) سیستم انتقال غیرقطبی و غیرفعال از طریق آوند آبکش (Taiz and Zeiger, 2002). به نظر می‌رسد با توجه به روند تقریباً مشابهی که در غلظت‌های IAA برگ و ریشه مشاهده می‌شود می‌بایست سازوکاری سریع در انتقال این هورمون در گیاه نقش داشته باشد. بر اساس جدول 4 محلول‌پاشی ترکیبات مختلف سولفات یا کلات روی یا اکسین تأثیری بر غلظت آبسیزیک اسید در برگ و در ریشه گیاهان نسبت به گیاهان شاهد (تیمارهای 6، 7 و 8) نداشت.

همان طور که اشاره شد تیمارهایی که بیشترین سطح غلظت IAA را در برگ‌ها ایجاد کرده‌اند بیشترین سطح غلظت این هورمون را در ریشه‌های جانبی نیز نشان دادند. زیرا با توجه به نمونه‌برداری انجام شده حدود سه ساعت پس از محلول‌پاشی، سیستم انتقال غیرفعال از طریق آوند آبکش محتمل‌ترین راه است. بنابراین به نظر می‌رسد نتایج بررسی حاضر وجود سیستم انتقال غیرقطبی و غیرفعال اکسین از طریق آوند آبکش را که Taiz و Zeiger (2002) به آن اشاره کرده بودند را تأیید می‌کند. احتمالاً اکسین ساخته شده در برگ‌های بالغ یا جذب شده از طریق محلول‌پاشی، به صورت غیرقطبی که نسبت به انتقال قطبی انتقالی سریع‌تر محسوب می‌گردد از طریق آوندهای آبکش به سایر قسمت‌های گیاه منتقل شده است. در خصوص گیاهچه‌های ذرت، حرکت غیرقطبی از طریق آوند آبکش، مسؤول صدور و توزیع IAA ترکیبی از گیاهک جوانه زده به نوک کولئوپتیل شناخته شده است. اصولاً انتقال اکسین قطبی است و جهت آن عمدتاً از بالا به پایین است و میزان غلظت آن به طور ویژه بستگی به وضعیت رشد اندام گیاهی نیز دارد (Taiz and Zeiger, 2002). میانگین غلظت این هورمون در برگ و ریشه در تحقیق حاضر نیز مؤید این مطلب است. بررسی روابط بین انتقال اکسین و تولید انشعابات بخش هوایی در گیاه ذرت نشان داد که تولید این انشعابات در ذرت طی نمو رویشی و زایشی انجام شد که بیانگر اثر تنظیمی و فعالیت ناقلان در سازوکار حرکت قطبی اکسین است و می‌تواند توجیه کننده نقش اکسین در افزایش وزن خشک بخش هوایی و ریشه‌ها در این مطالعه باشد (Gallavotti et al., 2008). نکته مهم در این میان مشاهده تغییرات تقریباً موازی غلظت دو هورمون اکسین و آبسیزیک اسید در برگ است، در حالی که این روند در ریشه مشاهده نمی‌شود. در این خصوص LaMotte و همکاران (2002) در بررسی روابط کمّی بین دو هورمون IAA و ABA در برگ‌های در حال رشد گیاه زینتی حسن یوسف (Coleus blumei) کاهش موازی غلظت این دو هورمون را گزارش نموده‌اند که این نتیجه با یافته‌های مطالعه حاضر تا حدود بسیاری مطابقت دارد.

با توجه به افزایش غلظت اکسین در ریشه، نسبت دو هورمون اکسین و آبسیزیک اسید در ریشه بیش از بخش هوایی شد که این افزایش نسبت به نفع اکسین در ریشه می‌تواند عامل اصلی افزایش وزن خشک و طول ریشه در همین تیمارها باشد که در جدول 4 قابل مشاهده است. در تأیید این نکته Schiefelbein (2003) اعمال تیمار هورمون اکسین را در تشکیل ریشه‌های جانبی و نابجا مؤثر می‌داند و همچنین در مطالعات ژنتیک مولکولی Fukaki و همکاران (2007) روی جهش‌یافته‌های گیاه آرابیدوبسیس (Arabidopsis thaliana L. Heynh) چنین نتیجه گرفته شد که برای القای تشکیل ریشه‌های جانبی بین جریان درون و برون سلولی اکسین، بایستی تعادل برقرار باشد. از این رو، نتایج به دست آمده در تحقیق حاضر مشابه پژوهش‌های اشاره شده نقش اساسی اکسین در القای ریشه‌زایی را مورد تأکید قرار می‌دهد.

داده‌های جدول مقایسه میانگین اثر محلول‌پاشی عنصر روی بر صفات مختلف ریشه (جدول 4) نیز گویای آثار بارز دو ترکیب حاوی عنصر روی یعنی سولفات و کلات روی بود، به ویژه آن که تأثیرات سولفات و کلات روی بر وزن خشک ریشه مشابه بود و در یک گروه قرار گرفتند، اما در مورد صفت طول ریشه ترکیب سولفات روی نسبت به کلات روی و سایر تیمارها یعنی محلول‌پاشی با آب و بدون محلول‌پاشی دارای برتری بود.

گزارش‌های ارایه شده در رابطه با اثر تحریک‌آمیز رشد ریشه ناشی از اکسین متناقض هستند. آنچه که از جمع‌بندی این پژوهش‌ها قابل برداشت است توجه به سطوح غلظت تنظیم‌کننده رشد اکسین در ریشه است. بدین نحو که تحریک رشد ریشه توسط اکسین دارای یک حد بحرانی غلظت است. به طوری که غلظت‌های اندک اکسین به مقادیری در حدود 10-10 تا 9-10 مولار، رشد ریشه‌های سالم را افزایش، اما غلظت‌های بیش از 6-10 مولار از رشد ریشه جلوگیری می‌کند (Taiz and Zeiger, 2002). به هر حال، اکسین ریشه اغلب در اندام‌های هوایی ساخته و به ریشه منتقل می‌گردد، بنابراین این احتمال وجود دارد که با انجام محلول‌پاشی اکسین و جذب توسط بخش هوایی بخشی از آن به ریشه‌های گیاه منتقل شده است. با وجود آن که غلظت‌های بالاتر از حدود بحرانی اکسین (تقریباً 8-10 مولار) مانع از طویل شدن ریشه‌های اولیه می‌شود. اما تشکیل ریشه‌های فرعی و نابجا توسط مقادیر زیاد تنظیم‌کننده رشد اکسین تحریک می‌گردد (Taiz and Zeiger, 2002). این ریشه‌های فرعی و نابجا معمولاً در ناحیه‌ای بالاتر از ناحیه طویل شدن تارهای کِشنده یافت می‌شوند و از گروه‌ های کوچکی از سلول‌های دایره محیطیه یا ریشه‌زا منشأ می‌گیرندکه این سلول‌ها توسط اکسین به تقسیم سلولی تحریک می‌شوند. سلول‌های در حال تقسیم شدن به تدریج ریشه را تشکیل می‌دهند و ریشه‌های جانبی از میان لایه کورتکس و اپیدرم ریشه رشد می‌کند (Taiz and Zeiger, 2002).

به نظر می‌رسد یکی از آثار محلول‌پاشی تیمارهای حاوی اکسین، افزایش وزن خشک ریشه ناشی از افزایش طول ریشه و در نتیجه افزایش ذخیره ماده خشک است. همبستگی زیاد بین این دو صفت در جدول 5 دلیلی بر این موضوع است. در واقع، از طریق طول ریشه‌ها، حجم ریشه در واحد حجمی خاک افزایش می‌یابد.

در بررسی اثر عنصر روی و اکسین بر تشکیل ریشه‌های نابجا و رشد آن در گیاه برنج گزارش شده است که مصرف عنصر روی به تنهایی تأثیری بر تعداد ریشه در گیاه ندارد و علت آن این است که مراحل ریشه‌دهی شامل دو مرحله اصلی است: الف) مرحله تشکیل آغازی‌های ریشه و ب) مرحله طویل شدن. از این رو، تشکیل آغازی‌های ریشه نتیجه عمل اکسین و طویل شدن ریشه نتیجه عمل عنصر روی است (Inoue et al., 2006). در مقابل، نتایج پژوهش حاضر وجود اثر متقابل میان عنصر روی و محلول‌پاشی اکسین را نشان نداد و اثر هر یک از آنها به طور جداگانه قابل مشاهده بود.

Yokoyama (2006) در مطالعه تأثیر فیزیولوژیک عنصر روی بر رشد اندام‌های جدید در گیاهان عالی به نقش این هورمون در ریشه‌زایی اشاره می‌کند و از سوی دیگر اضافه می‌نماید که اثر افزایشی عنصر روی بر عمل اکسین در ریشه‌زایی گیاه تاکنون ناشناخته باقی مانده است. وی چنین نتیجه‌گیری نمود که عنصر روی بدون کاربرد اکسین هیچ تأثیر معنی‌داری بر وزن بخش هوایی و ریشه نداشته است که مطالعه حاضر در بخش ریشه نشان داد که عنصر روی حتی در غیاب اکسین نیز اثر افزایشی در وزن خشک و طول ریشه داشت اما همچنین وزن تر و خشک بخش هوایی تحت تأثیر هیچ یک از دو تیمار محلول‌پاشی عنصر روی و اکسین قرار نگرفته است.

Yokoyama و همکاران (2008) در بررسی اثر عنصر روی بر تشکیل کالوس و ریشه‌های به وجود آمده از القای اکسین در بذور برنج به نقش فیزیولوژیک اکسین در تشکیل کالوس و ریشه به ویژه در شرایطی که غلظت بالایی از عنصر روی و اکسین در محیط کشت باشد تأکید کرده‌اند. آنها همچنین به ارتباط مستقیم عنصر روی با نقش فیزیولوژیک اکسین نیز اشاره کرده‌اند. در این رابطه، به نقش اکسین در تشکیل آغازی‌های ریشه و نقش عنصر روی در طویل شدن ریشه اشاره شده است که می‌تواند عامل اصلی انگیزش افزایش وزن خشک و طول ریشه در تحقیق حاضر باشد (Inoue et al., 2006).

با بررسی اثر محلول‌پاشی سولفات روی به همراه اکسین و ماده توین 20 در ریشه چنین مشاهده شد که میزان غلظت ABA کاهش و غلظت IAA افزایش یافته است. پس تعادل بین ABA و IAA در ریشه موجب تحریک رشد طولی ریشه و افزایش وزن خشک ریشه شده است اما در بخش هوایی (برگ‌ها) تعادل هورمونی طوری بوده است که در وزن خشک بخش هوایی نسبت به شاهد افزایشی مشاهده نشد. در خصوص افزایش عملکرد ماده خشک با مصرف سه نوع کود ریزمغذی، علت‌های مختلفی ذکر شده که از آن جمله می‌توان به افزایش بیوسنتز اکسین در حضور عنصر روی اشاره کرد (Sharafi et al., 2002).

در مطالعه نقش صفات مرفولوژیک ریشه در رشد گیاه جو در خاک‌های مبتلا به کمبود عنصر روی چنین نتیجه‌گیری شد که نمو و توسعه ریشه‌های مویین تحت تأثیر وضعیت عنصر روی قرار نگرفته است(Genc et al., 2000). بر اساس گزارش موجود، بدیهی است جذب بهتر عنصر روی از محلول خاک همبستگی بالایی با سطح تماس بیشتر ریشه دارد و در این میان نقش ریشه‌های مویین حایز اهمیت است(Genc et al., 2000).

بر اساس جدول 5 چنین مشاهده می‌شود که بین غلظت اکسین و آبسیزیک اسید رابطه مثبت و معنی‌داری با ضریب نسبتاً بالا مشاهده می‌گردد که نشان‌دهنده تغییرات موازی غلظت این دو هورمون در بخش هوایی گیاه (برگ‌ها) است.

چنین وضعیتی در گیاه حسن یوسف گزارش شده است (LaMotte et al., 2002). در نتایجی مشابه، Peres و همکاران (2009) در بررسی تجمع آبسیزیک اسید و اکسین در ریشه در حال رشد گیاه Catasetum fimbriatum در محیط کشت محتوی سوکروز و مانیتول، افزایش موازی در میزان آبسیزیک اسید و اکسین در جهت افزایش قند را گزارش نموده‌اند و همبستگی میان طویل شدن ریشه و نسبت ABA/IAA را مشاهده نمودند. به علاوه، بررسی ریشه‌ها افزایش غلظت اکسین و ترکیبات مشابه آن را نشان می‌دهد. این نتایج با مشاهدات پژوهش حاضر به میزان زیادی همپوشانی دارد. تغییرات موازی این دو هورمون با ضریبی پایین‌تر در ریشه نیز وجود دارد، اگرچه این ضریب معنی‌دار نبود. اما به لحاظ وجود همبستگی مثبت بین تغییرات غلظت این دو هورمون، غیرمعمول و در عین حال دارای اهمیت است. با وجود همبستگی مثبت و معنی‌دار میان غلظت اکسین در برگ و ریشه می‌توان به این نتیجه رسید که سازوکار انتقال اکسین از بخش هوایی به ریشه‌ها از طریق آوند آبکش در اندک زمانی پس از محلول‌پاشی موجب افزایش موازی این هورمون در بخش‌های هوایی و ریشه‌ها شده است و در پی افزایش غلظت اکسین شاهد افزایش رشد طولی، وزن تر و خشک ریشه شده است که روابط همبستگی مثبت و معنی‌دار غلظت اکسین برگ با صفات اشاره شده در جدول 5 این مطلب را تأیید می‌کند (Taiz and Zeiger, 2002). در این رابطه، Zengin (2006) در مطالعه اثر دو عنصر کبالت و روی بر میزان پروتئین، آبسیزیک اسید، پرولین و کلروفیل در لوبیای معمولی (Phaseolus vulgaris cv. Strike) افزایش آبسیزیک اسید در گیاهانی که با عنصر روی تیمار شده بودند را گزارش نمود و اضافه کرد که این افزایش در برگ‌ها بیش از ریشه‌ها بود.

 

 

جدول 5- ضرایب همبستگی صفات. * و ** معنی‌دار در سطوح احتمال 5 و ١ درصد.

 

اکسین برگ

آبسیزیک اسید برگ

اکسین ریشه

آبسیزیک اسید ریشه

نسبت اکسین به آبسیزیک اسید برگ

نسبت اکسین به آبسیزیک اسید ریشه

وزن خشک بخش هوایی

وزن خشک ریشه

وزن خشک بخش هوایی به وزن خشک ریشه

طول ریشه

غلظت اکسین برگ

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

غلظت آبسیزیک اسید برگ

844/0**

1

 

 

 

 

 

 

 

 

غلظت اکسین ریشه

893/0**

758/0**

1

 

 

 

 

 

 

 

غلظت آبسیزیک اسید ریشه

145/0

196/0

378/0

1

 

 

 

 

 

 

نسبت اکسین به آبسیزیک اسید برگ

026/0-

520/0-**

016/0-

074/0-

1

 

 

 

 

 

نسبت اکسین به آبسیزیک اسید ریشه

564/0**

439/0*

448/0*

611/0**

012/0-

1

 

 

 

 

وزن خشک بخش هوایی

055/0

330/0

013/0-

092/0-

489/0-*

115/0

1

 

 

 

وزن خشک ریشه

496/0*

579/0**

337/0

225/0-

343/0-

504/0*

160/0

1

 

 

وزن خشک بخش هوایی به وزن خشک ریشه

321/0-

145/0-

302/0-

014/0-

201/0-

199/0-

729/0**

514/0-*

1

 

طول ریشه

487/0*

575/0**

330/0

227/0-

352/0-

504/0*

174/0

999/0**

503/0-*

1

 

میزان غلظت آبسیزیک اسید در برگ نیز با غلظت اکسین در ریشه اثر مثبت، معنی‌دار و با ضریب بالایی را نشان می‌دهدکه تأیید دیگری است بر وجود روابط مثبت و موازی غلظت اکسین و آبسیزیک اسید هم در بخش هوایی (برگ‌ها) و هم در بخش ریشه. برخلاف انتظار، همبستگی افزایش غلظت آبسیزیک اسید در برگ با وزن خشک و همچنین طول ریشه مثبت بود که با توجه به تغییرات موازی آبسیزیک اسید و اکسین در بخش هوایی و ریشه قابل انتظار بود. افزایش موازی دو هورمون اکسین و آبسیزیک اسید در بخش‌های هوایی و ریشه، آنها را به یک مخزن قوی مبدل ساخته است که نتیجه آن افزایش انباشتگی مواد فتوسنتزی در این اندام‌ها است LaMotte et al., 2002)؛ (Peres et al., 2009.

در نتیجه‌ای مشابه Cakmak و همکاران (1989) در بررسی اثر وضعیت تغذیه‌ای عنصر روی بر رشد، سوخت و ساز پروتئین و سطح IAA و سایر هورمون‌های گیاهی بر لوبیای معمولی (Phaseolus vulgaris L.) به تغییرات همسو و کاهشی هورمون‌های IAA و ABA در بخش هوایی اشاره شد. البته، قضاوت درباره سازوکار اثر متقابل هورمون‌ها بسیار دشوار است و بر اساس مشاهدات Nahodil (2010) در رابطه با برهمکنش آنها گزارش‌های متناقضی ارایه شده است. از سوی دیگر، روابط و برهمکنش هورمون‌های گیاهی که تعیین کننده نمو گیاه است، بسیار پیچیده می‌باشد (Vanstraelen, and Benkova, 2012).

 

نتیجه‌گیری.

محلول‌پاشی عنصر روی و تنظیم‌کننده رشد اکسین بر غلظت اکسین و آبسیزیک اسید در برگ و ریشه اثر داشت اما نسبت اکسین به آبسیزیک اسید را تنها در ریشه تحت تأثیر قرار داد، همچنین بر صفات وزن خشک ریشه و طول آن اثر داشت. از سوی دیگر، تغییرات دو هورمون به صورت همسو بود که برخی نتایج پیشین وجود چنین تغییراتی را تأیید کرده بودند، اما استدلال سازوکار حرکت یک طرفه تاکنون ناشناخته باقی مانده است و به بررسی‌های بیشتری نیاز دارد.

 

سپاسگزاری.

نگارندگان از همکاری‌ها و زحمات کارکنان مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان تهران در خصوص اجرای مطالعات گلخانه‌ای و همکاران بخش فیزیولوژی و بیوشیمی گیاهی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی به خاطر مساعدت‌ها و همکاری‌های لازم در اجرای مراحل سنجش‌های هورمونی بافت‌‌های گیاهی صمیمانه سپاسگزاری نمایند.

Alizadeh, A. (2004) Water, soil and plant relationships. Emam Reza University Press, Mashhad (in Persian).

Alloway, B. J. (2004) Zinc in soils and crop nutrition. 1st edition, International Zinc Association, (IZA), Brussels.

Brown, P. H., Cakmak, I. and Zhang, Q. (1993) Form and function of zinc in plants. In: Zinc in soils and plants. (Ed. Robson, A. D.) 90-106. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.

Cakmak, I., Marschner, H. and Bangerth, F. (1989) Effect of zinc nutritional status on growth, protein metabolism and levels of indole-3-acetic acid and other phytohormones in bean (Phaseolus vulgaris L.). Journal of experimental botany 40(3): 405-412.

Fukaki, H., Okushima, Y. and Tasaka, M. (2007) Auxin-mediated lateral root formation in higher plants. International Review of Cytology 256: 111-137.

Gallavotti, A., Yang, Y., Schmidt, R.J. and Jackson, D. (2008) The relationship between auxin transport and maize branching. Plant physiology 147: 1913-1923.

Genc, Y., McDonald, G. K. and Graham, R. D. (2000) Effect of seed zinc content on early growth of barley (Hordeum vulgare L.) under low and adequate soil zinc supply. Australian Journal of Agricultural Research 51: 37-45.

Hanway, J. J. (1971) How a corn plant develops. Iowa State University Cooperative Extension Service Special Report 48, Iowa City.

Heldt, H. W. (2005) Plant biochemistry. 3rd edition, Elsevier Academic Press, San Diego.

Inoue, A., Udonishi, K., Saeki, Y., Nagatomo, Y. and Akao, S. (2006) Effect of zinc and auxin on the formation of adventitious roots and its growth in rice plants. Bulletin of the Faculty of Agricultare, University of Miyazaki 52(1.2): (57-64).

LaMotte, C., Li, X., Jacobs, W. and Epstein, E. (2002) Quantitative relationship between indole-3-acetic acid and abscisic acid during leaf growth in Coleus blumei. Journal of Plant Growth Regulation 36: 19-25.

Malakouti, M. J. and Tehrani, M. M. (2001) Effects of micronutrients on the yield and quality of agricultural products. micro-nutrients with macro-nutrients. 2nd edition. Tarbiat Modarres University Press, Tehran (in Persian).

Marschner, H.(1995) Mineral nutrition of higher plants. 2nd edition. Academic Press, London.

Nahodil, D. (2010). Hormone interactions and regulation of seedling growth. PhD thesis, University of Tasmania, Australia.

Peres, L. E. P., Zsogon, A. and Kerbauy, G. B. (2009) Abscisic acid and auxin accumulation in Catasetum fimbriatum roots growing in vitro with high sucrose and mannitol content. Biologia Plantarum 53(3): 560-564.

Ruzicka, K., Ljung, K., Vanneste, S., Podhorska, R., Beeckman, T., Friml, J. and Benkova, E. (2007) Ethylene regulates root growth through effects on auxin biosynthesis and transport-dependent auxin distribution. The Plant Cell 19: 2197-2212.

Salama, Z. A., EloFouly, M. M., Lazova, G. and Popova, L. P. (2006) Carboxylating enzymes and carbonic anhydrase functions were suppresse by zinc deficiency in maize and chickpea plants. Acta Physiologiae Plantarum 28(5): 445-451.

Salardini, A. A. and Mojtahedi, M. (1994) Principles of plant nutrition, fundamental aspects, Tehran University Press, Tehran.

Schiefelbein, J. (2003) Cell-fate specification in the epidermis: a common patterning mechanism in the root and shoot. Current Opinion in Plant Biology 6: 74-78.

Sharafi, S., Tajbakhsh, M., Majidi, M. and Pourmirza, A. (2002) Effect of iron and zinc fertilizer on yield and yield components of two forage corn cultivars in Urmia. Soil and Water 12: 85-94 (in Persian).

Sudhalakshmi, C., Krishnasamy, R. and Rajarajan, A. (2007) Influence of zinc deficiency on shoot/root dry weight ratio of rice genotypes. Research journal of Agriculture and Biological Sciences 3(4): 295-298.

Taiz, L. and Zeiger, E. (2002) Plant physiology. 3rd edition. Sinauer Associates, Sunderland.

Vanstraelen, M. and Benkova, E. (2012) Hormonal interactions in the regulation of plant development. Annual Review of Cell and Developmental Biology 28: 463-487.

Yokota, T., Nahayama, M., Harasawa, I. and Kawabe, S. (1994) Polyamaines, indole-3 acetic acid and abscisic acid in rice phloem sap. Journal of Plant Growth Regulation 15: 125-128.

Yokoyama, M. (2006) Physiological studies of zinc on the growth of new organs in higher plants. Bulltin of Miyazaki Agricultural Research Institute 41: 1-39.

Yokoyama, M., Shibahara, R. and Takagi, H. (2008) Effect of zinc on auxin- induced callus formation and auxin-induced root formation in rice [Oryza sativa] seeds. Bulltin of Miyazaki Agricultural Research Institute 43: 1-7.

Zand, B., Sorooshzadeh, A., Ghanati, F. and Moradi, F. (2010) Effect of zinc and auxin foliar application on some anti-oxidant enzymes activity in corn leaf. Iranian Journal of Plant Biology 2(3): 35-48 (in Persian).

Zare Dehabadi, S., Asrar Z. and Mehrabani, M. (2010) Biochemical changes in terpenoid compounds of Mentha spicata essential oils in response to excess zinc supply. Iranian Journal of Plant Biology 2(3): 25-34 (in Persian).

Zengin, F. K. (2006) The effect of Co2+ and Zn2+ on the contents of protein, abscisic acid, proline and chlorophyll in bean (Phaseolus vulgaris cv. Strike) seedlings. Journal of Environmental Biology 27(2): 441-448.