بررسی تغییرات تشریحی ایجادشده در برگچه‌های گیاه زبان‌گنجشک (Fraxinus rotundifolia) در اثر آلودگی با آفت پسیل (Psyllopsis fraxini)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

10.22108/ijpb.2020.118608.1165

چکیده

حملۀ آفت سبب آسیب به ساختارهای سلولی گیاهی می‌شود و با ایجاد اختلال در رشد و فرایندهای تمایز گیاه میزبان، ساختار گیاه را تغییر می‌دهد. پسیل یکی از آفت‌های گیاهی است که با حمله به برگ گیاه و تغذیه از شیرۀ گیاهی سبب تغییر شکل مورفولوژیکی برگ و تشکیل گال می‌شود. در پژوهش حاضر، بررسی تغییرات تشریحی برگچه‌های آلوده به پسیل گیاه زبان‌گنجشک در مراحل مختلف حملۀ حشره مدنظر قرار گرفت. تهیۀ برش‌های میکروتومی از برگچه‌های آلوده و رنگ‌آمیزی آنها با ائوزین- هماتوکسیلین، سافرانین- فست‌گرین، سودان سیاه و کوماسی‌برلیانت‌بلو انجام شد و نمونه‌ها با میکروسکوپ نوری و فلورسنت مشاهده شدند. نتایج نشان دادند با حملۀ پسیل به گیاه، ورود بزاق حشره به محل آلودگی اتفاق می‌افتد و تأثیر آن در ساختار گیاه ظاهر می‌شود که بارزترین آنها، کلروزه‌شدن محل آلودگی گیاه است؛ به‌علاوه، گال‌هایی در هر دو سطح تحتانی و فوقانی برگچه‌ها تشکیل شدند که مطالعه‌های تشریحی، ورود اندام مکندۀ پسیل به بافت پارانشیم و هیپرپلازی سلول‌های اپیدرم در ناحیۀ مجاور آن را نشان دادند. نتایج، ایجاد حالت هیپرتروفی و هیپرپلازی در سلول‌های پارانشیم نردبانی، اسفنجی و نیز هیپرتروفی در دستجات آوندی را نشان دادند؛ علاوه‌براین، کاهش فضای بین‌سلولی در منطقۀ تغذیه‌ای پسیل در سلول‌های پارانشیمی برگچه‌های آلوده مشاهده شد. افزایش ضخامت دیوارۀ سلولی در سلول‌های پارانشیمی و اپیدرمی سلول‌های آلوده نسبت به سلول‌های برگچه‌های گیاهان شاهد مشاهده شد که مجموع این تغییرات در راستای ایجاد نیچ اکولوژیکی مناسب برای استقرار پسیل‌ها تلقی می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of anatomical changes induced in Fraxinus rotundifolia leaflets by Psyllopsis (Psyllopsis fraxini) infection

نویسندگان [English]

  • elham mohajel kazemi 1
  • fatemeh alinejad 2
  • hanieh mohajjel shoja 2
1 department of plant biology, faculty of natural science, university of tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Plant Biology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

Pest attack is able to damage plant cell structures and also affects the growth and plant differentiation. The Psyllopsis is one of the plant-attacking pests which feeds on plant sap and causes the leaf morphological deformation and induces the formation of galls. The aim of this study is investigation of the anatomical and morphological changes produced in leaflets of pest-infected plants (Fraxinus rotundifolia) in different stages of pest infection. The light and fluorescent microscopic analysis was carried out from infected and non-infected leaflets and staining was performed by using eosin-hematoxylin, safranin fast green, black sudan and comasi berliante blue. The results showed that upon the attack of the pest, its saliva entered in the infected site and induced chlorosis. In addition, the galls were formed in both lower and upper sides of the leaves, and hypertrophy and hyperplasia were observed in palisade and spongy cells as well as hypertrophy in vascular bundles of the leaves. Moreover, reduction in intercellular space in the peripheral Psyllopsis feeding area of parenchymal cells and increase in cell wall thickness of parenchymal and epidermal cells were observed. All of these changes can be considered as a suitable ecological niche for Psyllopsis establishment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cell wall
  • infection
  • microscopic analysis
  • parenchymal tissue

آفت‌های گیاهی یکی از عوامل تهدیدکنندۀ گیاهان به شمار می‌آیند که با حمله به ریشه، برگ و جوانه از شیرۀ گیاهی تغذیه می‌کنند و سبب کاهش فتوسنتز و ضعف گیاه می‌شوند (Nabity et al., 2013). حشراتی مانند پسیل‌ها (Homoptera, Psyllidae)، شته‌ها، کنه‌ها و نماتودها ازجمله آفت‌های گیاهی هستند (Wardle, 1961). باتوجه‌به مطالعه‌های Rajabi Mazhar و Sadeghi (2006)، معمولاً پسیل‌ها به برگ‌های درختان حمله می‌کنند و با القای گال، سبب ایجاد تغییرات ریختی در گیاه میزبان می‌شوند (Nabity et al., 2013). ازآنجاکه رشد بافت‌های گال با تغییر سطوح محتویات سلولی همراه است، ابتدا این تغییرات علیه پسیل است و سپس به محلی برای تغذیه یا زندگی او تبدیل می‌شود (Howe and Jander, 2008). تاکنون گونه‌های مختلفی از پسیل‌ها ازجمله Psyllopsis machinosus، psyllopsis fraxini L. و Psyllopsis fraxinicola روی درخت زبان‌گنجشک ایران گزارش شده‌اند (Rajabi Mazhar and Sadeghi, 2006). گونۀ Psyllopsis fraxinicola رنگ سبز روشن یا زرد مایل به سبز دارد و در تمام نواحی اروپا و نیز گرجستان، قزاقزستان، شمال آفریقا و آمریکای شمالی یافت می‌شود (Albert et al., 2011)؛ این پسیل در ایران از ورامین و استان‌های شمال کشور گزارش شده است (Rajabi Mazhar and Sadeghi, 2006). گونۀ Psyllopsis fraxini آفت معمول درخت زبان‌گنجشک و تک‌میزبانه است و ‌شدیداً به برگ‌ها و جوانه‌های این درخت حمله می‌کند. دو گونۀ Psyllopsis fraxini و Psyllopsis fraxinicola به‌طور انفرادی یا توأم روی برگ درخت زبان‌گنجشک فعالیت دارند (Albert et al., 2011). آفت Psyllopsis fraxini در شمال‌غرب متداول است؛ این حشره زمستان را به‌شکل تخم به سر می‌برد و تخم پسیل از اواخر آبان روی سرشاخه‌ها مشاهده می‌شود و در اواسط آذر به حداکثر تعداد خود می‌رسد (Martoni et al., 2016). در بهار، تخم‌ها تفریخ می‌شوند و پوره‌ها مکیدن شیرۀ گیاهی را آغاز و شکرک ایجاد می‌کنند (Albert et al., 2011). در شرایط آب‌و‌هوایی سرد و خشک، جمعیت پوره از فروردین افزایش می‌یابد و در اواخر اردیبهشت به بیشترین مقدار خود می‌رسد. پوره و حشرات کامل پسیل شیرۀ پرورده را می‌مکند و با واردکردن بزاق خود به درون سلول‌ها و برهم‌زدن هورمون‌های گیاهی سبب لوله‌ای‌شدن حاشیۀ برگ‌ها و تبدیل آن به گال می‌شوند (شکل 1، B و C). ابتدا گال‌ها سبز هستند و سپس به زرد، بنفش و سرانجام به قهوه‌ای تیره تغییر رنگ می‌دهند که این عوارض سبب ضعف شدید درخت می‌شوند (Martoni et al., 2016).

گیاهFraxinus rotundifolia  (درخت زبان‌گنجشک یا ون) از تیرۀ زیتون (Oleaceae) و دارای گسترش درخور توجهی در ایران است (Mozafarian, 2006). تعداد برگچه‌های این گیاه 3 تا 7 عدد، برگ‌ها به طول 5 تا 20 سانتی‌متر، شاخچه‌ها سه‌تایی، برگچه‌ها با دندانۀ اره‌ای درشت و میوۀ آن فندقه بال‌دار بیضوی‌شکل است (شکل 1، A). گیاه زبان‌گنجشک نسبت به خشکی مقاوم است و برای پوشاندن مناطق خشک و سایه‌دهی در فضای سبز و به‌شکل درخت خیابانی استفاده می‌شود. پاسخ‌های دفاعی گیاهان در برابر عوامل بیماری‌زا بسته به نوع عامل بیماری‌زا و نوع گونۀ گیاهی و مرحلۀ نموی آن بسیار متغیر است (Malenovský and Jerinić-Prodanovic, 2011). معمولاً نخستین تماس آفت‌ها با میزبانشان در سطح گیاه رخ می‌دهد. نفوذ بیمار‌ی‌زاها به درون بافت پارانشیم از طریق تجزیۀ دیواره‌های سلولی، پروتئین‌های ساختمانی و تیغه‌های میانی سلول‌ها انجام می‌شود؛ تجزیۀ هریک از این مواد در نتیجۀ عمل یک یا چند دسته از مواد آنزیمی تراوش‌شده از آفت‌ها انجام می‌شود (Agrawal et al., 2009). گیاهان واکنش‌های متفاوتی در برابر حمله و فعالیت آفت‌ها نشان می‌دهند و درنهایت، مواد شیمیایی و موانع ساختاری را ایجاد می‌کنند؛ درنتیجه، تنها در حالتی عوامل بیماری‌زا می‌توانند به حیات خود ادامه دهند که توانایی حذف همۀ این موانع را داشته باشند (Martoni et al., 2016). آفت‌ها به روش‌های متفاوتی به گیاهان آسیب می‌رسانند؛ به‌طوری‌که آفت‌هایی مانند پسیل و شته از طریق ورود خرطوم خود به درون بافت آوندی سبب آسیب به گیاه می‌شوند. در مطالعه‌های Will و Vilcinskas (2015) مشخص شده است حشرۀ شته خرطوم خود را در راهی بین‌سلولی به‌سوی لولۀ آبکش فرو و در این هنگام، مقداری بزاق آب‌دار را نیز وارد می‌کند؛ به نظر می‌رسد این عمل برای مقابله با سازوکارهای دفاع گیاهی انجام می‌شود (Louis and Shah, 2013). پس‌از مرحلۀ یادشده، شته‌ها شروع به جذب شیرۀ پرورده می‌کنند؛ در‌حالی‌که به‌طور متناوب بزاق بیشتری ترشح می‌کنند (Louis and Shah, 2013). مطابق مطالعه‌های Will و Vilcinskas (2015)، آفت‌ها با ترشح مواد شیمیایی که بر برخی از اجزای ساختمانی و متابولیسم میزبان اثر می‌گذارند، به گیاه نفوذ می‌کنند. با‌توجه‌به اهمیت پروتئین‌ها (به‌شکل آنزیم، مواد تشکیل‌دهندۀ غشاها یا اجزای ساختمانی دیوارۀ سلول‌های گیاهی)، می‌توان دریافت عوامل ایجاد‌کنندۀ بیماری با ترشح آنزیم‌های تجزیه‌کنندۀ پروتئین‌ها چه تأثیر عمیقی بر سازمان و عملکرد سلول‌های میزبان می‌گذارند (Will and Vilcinskas, 2015). در پژوهش Forneck و همکاران (2002) گزارش شده است اثر حملۀ Phylloxera vastatra به ریشۀ درخت انگور سبب ایجاد گال روی ریشه‌های جوان می‌شود. مطالعه‌ای به روش‌های بافت‌شناسی و هیستوشیمیایی در زمینۀ فعالیت آنزیم‌های پراکسیداز، لوسین‌آمینوپپتیداز و اسید‌فسفاتاز در گال‌های ریشۀ درخت انگور انجام شده است (Forneck et al., 2002). در پژوهشی، افزایش فعالیت متابولیسمی در منطقۀ گرهک ریشه در مقایسه با ریشه‌های شاهد مشاهده شد و دانه‌های نشاسته در گال‌های جوان در ناحیۀ تغذیۀ حشره بسیار افزایش یافتند؛ در‌حالی‌که از میزان نشاسته در گال‌های بالغ کاسته شد و فعالیت آنزیم‌ها افزایش یافت (Forneck et al. 2002). باتوجه‌به یافته‌های Steppuhn و Baldwin (2007)، مهارکننده‌های تریپسین‌پروتئیناز و بیان نیکوتین در پاسخ دفاعی علیه Spodoptera exigua در گیاه Nicotiana attenuata فعالیت دارند؛ از سویی، گیاهان از طریق سازوکارهای متفاوت در برابر تنش‌ها ازجمله تنش‌های زیستی واکنش نشان می‌دهند و در اغلب پژوهش‌ها، تغییرات فعالیت آنزیم پراکسیداز به‌شکل شناساگر تنش‌های مختلف در گیاهان استفاده می‌شود (Hadavi et al., 2010). در شرایط خاصی، ورود خرطوم پسیل در محل آلودگی سبب ورود ریزموجوداتی مانند باکتری‌ها می‌شود؛ برای نمونه در حملۀ پسیل جنس Citrus، ورود باکتری‌ها به داخل بافت آبکش پس‌از ورود خرطوم مشاهده شده است (Cranshaw and Shetlar, 2017).

یکی از عوامل تهدیدکنندۀ پوشش گیاهی در مناطق مختلف شهری، حملۀ آفت‌ها به گیاهان آن منطقه است که آثار مخربی را در سطح اکولوژیک، مورفولوژیک و فیزیولوژیک روی پوشش گیاهی می‌گذارد (Arimura et al., 2009). مطالعۀ پاسخ القاشده در گیاهان آلوده به آفت طی دهۀ اخیر موجب شد موفقیت‌های چشمگیری در تنظیم جمعیت و کنترل آفت‌های کشاورزی به دست آیند (Arimura et al., 2009). باتوجه‌به افزایش سطح کاشت گیاه زبان‌گنجشک در فضای سبز شهری و امکان گسترش آلودگی یادشده و تأثیر نامطلوب آن بر زیبایی و رشد گیاه، بررسی همه‌جانبۀ این آلودگی در شاخه‌های مختلف علوم طبیعی ضروری به نظر می‌رسد؛ ازاین‌رو هدف پژوهش حاضر، بررسی تغییرات تشریحی برگچه‌های آلوده به پسیل گیاه زبان‌گنجشک در مراحل مختلف حملۀ حشره و مقایسۀ آنها با برگچه‌های سالم و مشخص‌کردن نوع سازوکار دفاعی گیاه در برابر آن است.

 

 

 

شکل 1- A. درخت زبان‌گنجشک، B و C. سطح زیرین برگ درخت زبان‌گنجشک که پسیل به آن حمله کرده است، D. چرخۀ زندگی آفت پسیل که از مرحلۀ تخم آغاز می‌شود و پس‌از طی مراحل پورگی که در پنج مرحله نشان داده شده است، به‌شکل حشرۀ بال‌دار بالغ ظاهر می‌شود.


مواد و روش‌ها.

جمع‌آوری نمونه: پس‌از مطالعه‌های مورفولوژیکی و رده‌بندی و مطابقت گونۀ گیاهی Fraxinus rotundifolia با هرباریوم دانشکدۀ کشاورزی دانشگاه تبریز واقع در ایستگاه تحقیقاتی خلعت‌پوشان به شمارۀ هرباریومی 11634 و اطمینان‌یافتن از گونۀ گیاهی، نمونه‌برداری از درخت زبان‌گنجشک انجام شد. نمونه‌برداری در اواخر تیر و مرداد 1397 از برگچه‌های جوان سالم و آلوده به پسیل گیاه زبان‌گنجشک در سه سطح آلودگی ضعیف، متوسط و شدید در محل باغ گیاه‌شناسی دانشگاه تبریز انجام شد. معیار انتخاب سطوح آلودگی برگچه‌ها، ویژگی مورفولوژیکی برگچه‌های آلوده در مناطق حملۀ آفت بر اساس تغییر رنگ و میزان پیچش برگ بود. دست‌کم 60 نمونه برای هر سطح جمع‌آوری شد (شکل 2).

بررسی میکروسکوپی: پس‌از شستشوی اولیه، نمونه‌های تهیه‌شده در تثبیت‌کننده فرمالین‌استیک‌الکل (5 میلی‌لیتر فرمالدئید 37 درصد، 90 میلی‌لیتر اتانول50 درصد و 5 میلی‌لیتر گلاسیال‌استیک‌اسید) تثبیت شدند؛ قراردادن نمونه‌ها در محلول اتانول با درجه‌های فزاینده سبب آب‌گیری از نمونه‌ها به‌طور تدریجی شد و سپس نمونه‌ها در محلول گزیلن قرار داده شدند. در مرحلۀ بعد، پارافین‌دهی نمونه‌ها در سه نوبت داخل آون انجام شد. پس‌از قالب‌گیری، برش‌هایی به ضخامت 20 میکرون به کمک دستگاه میکروتوم با دستۀچرخان (R JUNG HEIDELBERG) ساخت کشور آلمان) تهیه شدند و پس‌از رنگ‌آمیزی با ائوزین- هماتوکسیلین، سافرانین-فست‌گرین، کوماسی‌برلیانت‌بلو و سودان سیاه مطابق روش Berlyn و همکاران (1976)، نمونه‌ها زیر میکروسکوپ نوری و فلورسنت مدل NOVEL-N800-F مجهز به دوربین Truechrom Metrics بررسی شدند. به‌منظور اطمینان‌یافتن از تکرار مشاهده‌های برش‌گیری، به‌طور میانگین 15 نمونه برای هر سطح رنگ‌آمیزی و تصویربرداری شد.

بررسی آفت‌ها: به‌منظور بررسی اینکه کدام آفت سبب ایجاد گال در برگچۀ گیاه زبان‌گنجشک شده است، آفت‌های موجود در حفرۀ گال در تمام سنین حشره جمع‌آوری و برای شناسایی به گروه گیاه‌پزشکی دانشکدۀ کشاورزی دانشگاه تبریز منتقل شدند.

 

نتایج.

.اثر حملۀ پسیل بر ویژگی‌های مورفولوژیکی برگچۀ زبان‌گنجشک: حملۀ پسیل به برگچه‌های گیاه زبان‌گنجشک سبب تغییرات ریختی برگچه‌ها شد و این تغییرات در سه سطح ضعیف، متوسط و شدید طبقه‌بندی شدند (شکل 2). سطح ضعیف به برگچه‌هایی اطلاق شد که در منطقۀ زیر پوره با تغییر رنگ (ازبین‌رفتن کلروپلاست) نسبت به مکان‌های غیرآلوده مشخص بودند. افزون بر تغییر رنگ، سطح متوسط دارای برجستگی در محل آلوده نسبت به سطح برگچه بود. در سطح شدید، پیچیدگی برگچه در منطقۀ حملۀ پسیل اتفاق افتاده بود (شکل 2). بررسی گیاه‌پزشکی مشخص کرد نوع حشرۀ موجود در حفرۀ گال، پسیل است؛ درحالی‌که شته تنها در سطح برگچه‌ها حضور داشت و شته‌ای در حفرۀ گال مشاهده نشد. مطابق تجزیه‌وتحلیل ویژگی‌های ظاهری درخت زبان‌گنجشک، مشخص شد بیشترین میزان حملۀ پسیل در ارتفاع‌های پایین درخت اتفاق افتاده و آفت بیشتر به برگ‌های جوان در مقایسه با برگ‌های بالغ حمله کرده است. باتوجه‌به وجود سطوح آلودگی شدید و متوسط در ناحیۀ حاشیۀ برگچه، استنباط می‌شود این منطقۀ برگچه‌ای برای استقرار پسیل در گیاه زبان‌گنجشک ارجحیت دارد.

 

 

 

شکل 2- سطوح مختلف آلودگی برگچۀ گیاه زبان‌گنجشک؛ A. سطح ضعیف، B. سطح متوسط، C. سطح شدید؛ پیکان‌ها بزرگ‌نمایی بخشی از تصویر را نشان می‌دهند.

 


.اثر حملۀ پسیل بر تغییرات تشریحی برگچۀ زبان‌گنجشک: شکل 3 برش عرضی ساختارهای تشریحی پهنک برگچۀ میانیFraxinus rotundifoliaرا نشان می‌دهد. لایۀ اپیدرم که از سلول‌های روزنه‌ای تشکیل شده است، شامل دو بخش تحتانی و فوقانی است که با لایه‌ای از کوتیکول پوشانده شده است. مزوفیل با بافت اپیدرم احاطه شده است و در سطح فوقانی شامل یک ردیف سلول‌های کشیده و باریک پارانشیم نردبانی است و زیر پارانشیم نردبانی، پارانشیم حفره‌ای یا اسفنجی قرار دارد که با وجود حفره‌هایی در بین خود، بخش اعظم حجم برگ را تشکیل می‌دهد و تا اپیدرم تحتانی مشاهده می‌شود. سلول‌های پارانشیمی غلاف آوندی بخشی از پهنک را تشکیل می‌دهند و آوند چوب، آوند آبکش و سلول‌های پارانشیمی غلاف آوندی را شامل می‌شوند. آوند چوبی متمایل به‌سمت محور برگچه‌ها و آبکش به‌سمت دور از محور برگچه‌ها قرار گرفته است (شکل 3، C و D).

 

 

شکل 3- برش عرضی برگچۀ شاهد گیاه زبان‌گنجشک؛ A و C. پهنک برگ، B، D و E. رگبرگ میانی برگچه، D-A. رنگ‌آمیزی سافرانین‌فست‌گرین. مشاهده‌های تصاویر A-D با میکروسکوپ نوری و e با میکروسکوپ فلورسنت انجام شده‌اند. cu: کوتیکول،ep: اپیدرم، :ph فلوئم، :pp پارانشیم، :pvs غلاف آوندی، xy: گزیلم

 

 

نتایج مطالعۀ تشریحی برگچه‌های Fraxinus rotundifolia آلوده به پسیل نشان دادند حملۀ پسیل به هر دو سطح بالایی و پایینی برگچه‌ها انجام شده و تغییرات درخور توجهی را در ساختار پهنک برگ ایجاد کرده است؛ به‌طوری‌که با حملۀ پوره‌های پسیل به سطح اپیدرم و ایجاد فشار بر سلول‌های آن، فرورفتگی سطح اپیدرم در منطقۀ آلودگی با حشره دیده می‌شود (شکل 4، C). در تمام نمونه‌ها، حمله در نزدیکی ناحیۀ آوندی انجام شده است و در این نواحی، کاهش فضای بین‌سلولی به‌علت فشردگی سلول‌های پارانشیم اسفنجی مشاهده می‌شود (شکل 4، B و C). مشاهده‌های مقایسه‌ای میکروسکوپی نشان دادند در پاسخ به حمله، تغییراتی از نظر شکل ظاهری و تعداد لایه‌های سلول‌ها در برگچه‌های آلوده به پسیل گیاه زبان‌گنجشک در مقایسه با برگچۀ شاهد ایجاد می‌شوند. سلول‌های اپیدرمی در برگچه‌های شاهد حالت کشیدگی را ندارند (شکل 5، A)؛ درحالی‌که سلول‌های اپیدرمی‌ برگچۀ آلوده در منطقۀ تغذیه‌ای پسیل به حالت کشیده و طویل دیده می‌شوند (شکل 5، F). ضخامت برگ در برگچه‌های آلوده در مقایسه با شاهد افزایش یافت که این امر به‌علت هیپرتروفی (رشد بسیار بیشتر) در دستجات آوندی (شکل5، C و D)، هیپرپلازی (تقسیم سریع‌تر) و هیپرتروفی در سلول‌های اپیدرمی و سلول‌های پارانشیمی رخ داده است (شکل5، D، E و F).

 

 

شکل 4- مقطعی عرضی از حملۀ پسیل در نواحی مجاور دستجات آوندی و فشردگی سلول‌های پارانشیم در همان منطقه که با میکروسکوپ نوری تصویر‌برداری ‌شده است؛ A. برگچۀ شاهد بدون آلودگی، B. حملۀ پسیل در نزدیکی محل آوند و فشردگی سلول‌ها، C. حملۀ پسیل به هر دو سطح اپیدرم. نمونه با سافرانین- ‌فست‌گرین رنگ‌آمیزی شده است. :fs ناحیه تغذیه‌ای پسیل، vb: دستجات آوندی، ic: فشردگی سلول‌ها، st: روزنه

 

 

 

 

 

 

 

   

شکل 5- هیپرتروفی در دستجات آوندی، هیپرپلازی و هیپرتروفی (پیکان مشکی) در سلول‌های اپیدرمی و سلول‌های پارانشیمی که با میکروسکوپ نوری تصویربرداری شده است؛ A و B. برگچۀ شاهد، C، D، E و F. برگچۀ آلوده به پسیل. نمونۀ C با سافرانین- فست‌گرین و نمونه‌های A، B، D، E و F با ائوزین- هماتوکسیلن رنگ‌آمیزی شده‌اند. :ep اپیدرم، :LA پهنک برگ، ht: هیپرتروفی، hp: هیپرپلازی

 

ورود خرطوم راهی را برای نفوذ ریزموجودات باز می‌کند و گیاهان با سازوکارهای متفاوتی در برابر ریزموجودات مقاومت می‌کنند؛ یکی از روش‌های مقابله، ایجاد رشته‌هایی از جنس دیوارۀ سلولی است که در راستای ممانعت از تکثیر و به‌دام‌انداختن ریزموجودات عمل می‌کنند. در بررسی نمونه‌ها مشاهده شد مادۀ رشته‌ای ایجاد‌شده از لایۀ خارجی دیوارۀ پارانشیم در احاطۀ ریزموجودات و جلوگیری از تکثیر آنها نقش دارد (شکل 6).

 

 

شکل 6- احاطۀ ریزموجودات با سلول‌های پارانشیم؛ نمونه با سافرانین- فست‌گرین رنگ‌آمیزی و با میکروسکوپ نوری تصویربرداری شده است.

 

نتایج نشان دادند حملۀ پسیل سبب افزایش ضخامت لایۀ کوتیکول می‌شود. اتصال دو انتهای اپیدرم (بالا و پایین) برگچه‌ها نشان‌دهندۀ منطقۀ بسته است (شکل 7، A) که در اثر پیچش برگچه به‌سمت اپیدرم سطح پشت برگ، دو حفرۀ داخلی و خارجی شکل می‌گیرند؛ منفذی در ناحیۀ پیچیدگی برگچه ایجاد می‌شود که محل عبور پوره‌های پسیل‌ها پس‌از بلوغ است. تشکیل حفره در برگچه سبب ایجاد نیچ اکولوژیکی مناسب برای رشد پسیل می‌شود (شکل 7، C). در سلول‌های پهنک برگچه‌ای که پسیل به‌شدت به آن حمله کرده است، ضخامت دیوارۀ سلولی در اثر رسوب زیاد لیگنین بیشتر از برگچۀ شاهد است (شکل 7، B). در مطالعۀ برگچه‌های آلوده، محل ورود خرطوم پسیل به پهنک برگچه (شکل 8، B) و بی‌نظمی سلول‌های پارانشیم اسفنجی نسبت به شاهد در این منطقه مشخص شد، ولی تفاوتی ازنظر تعداد لایه‌های اپیدرم در مقایسه با نمونۀ شاهد وجود نداشت؛ باوجوداین، افزایش تعداد لایه‌های اپیدرم در ناحیۀ مجاور آن به‌شکل هیپر پلازی مشاهده شد (شکل 8، D).

 

 

شکل7- شکل‌گیری نیچ پسیل؛ A. ایجاد خمیدگی در لبه‌های برگ به دنبال آلودگی با پسیل (پیکان محل شروع خمیدگی را نشان می‌دهد)، A و B. لیگنینی یا سوبرینی‌شدن دیوارۀ سلول‌های پیرامون محل آلودگی (در شکل B، پیکان‌ها محل لیگنینی‌شدن را نشان می‌دهند)، C. پیشرفت خمیدگی و پیچیده‌شدن لبۀ برگ به‌طور کامل برای ایجاد نیچ اکولوژیکی پسیل (پیکان‌ها مسیر پیچیدگی را نشان می‌دهند)، نمونه‌های A، B و C با سافرانین- فست‌گرین رنگ‌آمیزی شده‌اند. نمونه‌های A و C با میکروسکوپ نوری ونمونۀ B با میکروسکوپ فلورسنت تصویربرداری شده‌اند. li: حفرۀ داخلی، :lo حفرۀ خارجی، uw: دیوارۀ فوقانی حفره،lw  :دیوارۀ تحتانی حفره، sd: مجرای ترشحی، oS: منفذ، cz: ناحیۀ بسته، cez: ناحیۀ لیگنینی یا سوبرینی

 

شکل 8- تصویر تهیه‌شده با میکروسکوپ نوری از برش سریالی طولی برگچه‌ای که پسیل به آن حمله کرده است؛ A. برگچۀ شاهد، B و C. محل ورود خرطوم، D. مقاومت از نوع هیپرپلازی اپیدرم، نمونه‌های A، B، C و D با ائوزین هماتوکسیلین رنگ‌آمیزی شده‌اند. vb: دستجات آوندی، rp: باقیمانده از پسیل‌ها، s: اندام مکندۀ پسیل، hp: هیپرپلازی اپیدرم

 


بحث

در پژوهش حاضر به مطالعۀ تغییرات ریختی و تشریحی برگچۀ گیاه زبان‌گنجشک طی حملۀ آفت پسیل پرداخته شد. نتایج نشان دادند در پی حملۀ پسیل به گیاه و ورود بزاق حشره به محل آلودگی، کلروزه‌شدن محل آلودگی رخ می‌دهد. در آلودگی برگ با حشرات، گونه‌های گیاهی مختلف پاسخ‌های متفاوتی را بسته به نوع حشرۀ حمله‌کننده و تعداد آن نشان می‌دهند (Malenovský and Jerinić-Prodanovic, 2011)؛ برای نمونه، کلنیA. lantanaeدر گیاه L. camaraسبب ایجاد گال‌های خاردار با سطح نامنظم و کرک‌دار می‌شود و حشرۀ C. duvauae گال‌های منظم و بدون کرک را در گیاه S. polygamus ایجاد می‌کند (Moura et al., 2008). درخت آلوده به پسیل F. rotundifolia با گال‌های بی‌رنگ آن تشخیص داده می‌شود (Maneva et al., 2009) و پژوهشگران علت این امر را محتوای رنگدانۀ کمتر بخش آلوده نسبت به بخش سالم گیاه می‌دانند که به استفاده‌نشدن کارآمد از انرژی نوری و درنتیجه، کاهش شدت خالص تغییرات فتوسنتزی منجر می‌شود (Maneva et al., 2009). ازآنجاکه تنوع ساختار داخلی گال باید با تغذیۀ ساکنان آن منطبق باشد، بخشی که گال تشکیل می‌شود کارایی بیشتری ازنظر تأمین غذایی نسبت به بخش‌های مجاور غیرآلوده در همان برگ دارد (Scareli-Santos et al., 2008). مطالعه‌ها نشان داده‌اند درگیاه Pouteria torta، شکل‌گیری گال در برگ‌های جوان و بالغ مشاهده می‌شود و این امر نشان‌دهندۀ توان پاسخ‌دهی در برابر حملۀ حشره بدون توجه به سن برگ است (Scareli-Santos et al., 2008).

باتوجه‌به اینکه منطقه‌ای از گیاه که با حشره آلوده ‌شده است، اهمیت بسزایی ازنظر تغذیۀ شیرۀ گیاهی و زادآوری حشره دارد (Zucker, 1982)، در مطالعۀ حاضر به بررسی محل آلودگی گیاه زبان‌گنجشک در اثر حملۀ پسیل پرداخته و مکان قرارگیری پسیل در هر دو سطح اپیدرم برگچه‌ها به‌ویژه فراوانی حضور در سطح فوقانی مشخص شد. پس‌از استقرار پسیل روی برگچه‌ها و بر اثر فشاری که بر دیوارۀ سلولی گیاه وارد می‌کند، فرورفتگی سطح اپیدرم در آن منطقه مشاهده می‌شود؛ به نظر می‌رسد این عمل موجب تسهیل پیش‌روی بیماری‌زا در نفوذ به بافت‌های عمقی‌تر می‌شود (Agrawal et al., 2009). ازآنجاکه سطح تحتانی و فوقانی برگچۀ زبان‌گنجشک با لایه‌ای از کوتیکول احاطه شده است، ضخامت کوتیکول نوعی پاسخ به تنش در نظر گرفته می‌شود (Gutschick, 1999)؛ همچنین مطالعه‌ها نشان داد‌ه‌اند در برگچه‌های در معرض آلودگی شدید پسیل، افزایش ضخامت لایۀ کوتیکول به‌منظورحفاظت از تخم‌های حشره در برابر درجه‌حرارت و حفظ رطوبت برگ ایجاد می‌شود (Gutschick, 1999). در گیاه Pistacia terebinthus نیز نتایج مشابهی در زمینۀ ایجاد کوتیکول بر اثر حملۀ شته مشاهده شده است (Stone and Schönrogge, 2003).

در بررسی نمونه‌های پژوهش حاضر، احاطۀ ریزموجودات با سلول‌های پارانشیم در برگچۀ آلوده به پسیل گیاه زبان‌گنجشک دیده شد. لایۀ خارجی دیوارۀ سلولی سلول‌های پارانشیمی که در تماس با ریزموجودات قرار دارند، متورم می‌شود و ماده‌ای رشته‌ای را تولید می‌کند که ریزموجود را محاصره می‌کند و مانع تکثیر آن می‌شود. نتایج پژوهش حاضر با یافته‌های Chisholm و همکاران (2006) همخوانی دارند. در گیاه زبان‌گنجشک، کاهش فضای بین‌سلولی در ناحیۀ حمله و فشردگی سلول‌های پارانشیم اسفنجی سبب پیچش سطح پایینی برگچه به‌سمت سطح بالایی می‌شود تا پوره‌ها قرار گیرند و بلافاصله سلول‌های اطراف پوره به‌سمت بالا رشد می‌کنند (از طریق هیپرپلازی سلول‌های اپیدرم) تا پوشش ویژه‌ای را برای پوره‌ها ایجاد کنند (Crespi and Worobey, 1998). یافته‌های پژوهش حاضر، لیگنینی و سوبرینی‌شدن سلول‌های پیرامون محل حملۀ پسیل را در برگچه‌های زبان‌گنجشک نشان می‌دهند. در محل آلودگی، مواد ترشح‌شده از عامل حمله‌کننده موجب تحریک میزبان و تولید سلولز در سلول می‌شود و گیاه با این سازوکار از رسیدن غذا به محل آلوده و نفوذ مواد سمی تراوش‌شده از حشره جلوگیری می‌کند (War et al., 2012)؛ نتایج یادشده با نتایج پژوهشی مطابقت دارند کهروی ریشه‌های آلودۀ انگور با شته انجام‌ شده و افزایش سلولز، پکتین و لیگنین را گزارش کرده است (Du et al., 2011). پس‌از مدتی، افزایش ضخامت دیوارۀ سلولی سلول‌های پارانشیمی و اپیدرمی نوعی سازگاری بین گال و حشرۀ حمله‌کننده است (Stone and Schönrogge, 2003).

باتوجه‌به اینکه ساختمان‌های دفاعی دیوارۀ سلولی شامل تغییراتی است که در شکل دیوارۀ سلولی رخ می‌دهند (Oliveira and Isaias, 2010)، در حفره‌های داخلی گال برگچۀ گیاه زبان‌گنجشک، افزایش ضخامت دیواره در برخی مکان‌ها مشاهده شد که احتمالاً از هیپرتروفی و هیپرپلازی سلول‌های پارانشیم و اپیدرم در پیرامون مکان‌های آلوده ناشی می‌شود. Souza و همکاران (2000) در گزارش خود بیان کرده‌اند هیپرپلازی و هیپرتروفی سلول‌های پارانشیم سبب افزایش ضخامت دیواره‌های گال می‌شود؛ باوجوداین، نتایج آزمایش روی ریشه‌های آلوده به شتۀ انگور نشان دادند با افزایش لایه‌های پریدرم، کوچک‌ترشدن اندازۀ سلول‌های پارانشیمی اتفاق می‌افتد (Du et al., 2011). حفرۀ بسته‌ای که داخل گال‌ها در اثر پیچش برگ و افزایش ضخامت دیوارۀ سلولی ایجاد می‌شود، بسیار محکم و محافظِ پسیل‌ها در دوره‌های کم‌آبی است و از آنها در برابر دشمنان طبیعی محافظت می‌کند (Price et al., 1987)؛ مشابه نتایج یادشده برای شته‌ها نیز اثبات شده است (Stone and Schönrogge, 2003). ورود خرطوم پسیل به برگچۀ زبان‌گنجشک موجب تخریب سلول‌ها در ناحیۀ تغذیه‌ای و مسیر ورودی می‌شود که با نتایج Arduin و همکاران (2005) مشابهت دارد. در محل ورود خرطوم پسیل به برگچۀ گیاه زبان‌گنجشک، تغییرات سلول‌های اپیدرمی به‌شکل هیپرپلازی در ناحیۀ مجاور آن دیده می‌شود که این عمل، سازوکار دفاعی گیاه در مقابله با نفوذ حشره به شمار می‌آید (Raman, 2003). باتوجه‌به نتایج پژوهش حاضر، هیپرتروفی دستجات آوندی در برگچۀ آلوده به پسیل زبان‌گنجشک در مقایسه با برگچۀ شاهد مشخص است. در بررسی‌های Wool و Bar-El (1995) گزارش شده است این تغییرات برای سهولت دسترسی حشره به منبع غذایی ایجاد می‌شوند که برای رشد گال الزامی است. نتایج گزارش‌های  Sáو همکاران (2009) در زمینۀ آلودگی گیاهBauhinia brevipesبا حشرۀ Schizomyia macrocapillata و گزارش‌های Dorchin و همکاران (2002) دربارۀ آلودگی گیاه Suaeda monoica با Lzeniola obesula بر نتیجۀ یادشده منطبق است.

 

جمع‌بندی.

برگچۀ آلوده به پسیل F. rotundifolia با تغییرات ساختار تشریحی ازجمله افزایش ضخامت لایۀ کوتیکول، لیگنینی‌شدن سلول‌های پیرامون محل حملۀ پسیل و هیپرپلازی و هیپرتروفی سلول‌ها سبب افزایش ضخامت دیوارۀ گال در مقایسه با برگچۀ شاهد می‌شود که این امر به ایجاد پوشش ویژه برای پوره‌های پسیل منجر می‌شود و از حشره در برابر حرارت و کمبود رطوبت محافظت می‌کند؛ درحقیقت، پسیل منابع گیاهی بافت میزبان را به نفع خود تغییر می‌‌دهد و پتانسیلی در بافت‌های آلوده به پسیل آشکار می‌شود که در بافت سالم گیاهی دیده نمی‌شود. گال‌های ماکروسکوپی ایجادشده در اثر حملۀ پسیل، ظاهر غیر‌هموار و بی‌شکلی را در برگچه‌های زبان‌گنجشک نمایش می‌دهند. برش‌های تشریحی گال‌های ناشی از پسیل نشان می‌دهند در اغلب نمونه‌ها، حملۀ شته از مقابل دستجات آوندی انجام می‌شود. یکی از نکات درخور توجه مطالعۀ حاضر، مشاهدۀ چندین نوع نشانۀ درونی به‌طور هم‌زمان در برگچۀ آلوده به پسیل است که چنین حالتی ممکن است به‌علت آلوده‌شدن هم‌زمان با چندین گونه باشد. باتوجه‌به نتایج پژوهش حاضر و آگاهی از سازوکار دفاعی ساختاری گیاه زبان‌گنجشک می‌توان در زمینۀ کنترل آفت در این گیاه تصمیم‌گیری کرد.

Agrawal, A. A., Fishbein, M., Jetter, R., Salminen, J. P., Goldstein, J. B., Freitag, A. E. and Sparks, J. P. (2009) Phylogenetic ecology of leaf surface traits in the milkweeds (Asclepias spp.): Chemistry, ecophysiology, and insect behavior. New Phytologist 183: 848-867.
Albert, S., Padhiar, A., Gandhi, D. and Nityanand, P. (2011) Morphological, anatomical and biochemical studies on the foliar galls of Alstonia scholaris (Apocynaceae). Revista Brasileria Botanica 34(3) 343-358.
Arduin, M., Fernandes, G. and Kraus, J. (2005) Morphogenesis of galls induced by Baccharopelma dracunculifoliae (Hemiptera: Psyllidae) on Baccharis dracunculifolia (Asteraceae) leaves. Brazilian Journal of Biology 65(4): 559-571.
Arimura, G., Matsui, K. and Takabayashi, J. (2009) Chemical and molecular ecology of herbivore-induced plant volatiles: proximate factors and their ultimate functions. Plant and Cell Physiology 50(5): 911-923.
Berlyn, G. P., Miksche, J. P. and Sass, J. E. (1976) Botanical microtechnique and cytochemistry. Iowa State University Press, Chicago.
Chisholm, S. T., Coaker, G., Day, B. and Staskawicz, B. J. (2006) Host-microbe interactions: Shaping the evolution of the plant immune response. Cell 124(4): 803-814.
Cranshaw, W. and Shetlar, D. (2017) Garden Insects of North America. 2nd edition, Princeton University Press, Princeton.
Crespi, B. and Worobey, M. (1998) Comparative analysis of gall morphology in Australian gall thrips: The evolution of extended phenotypes. Evolution 52(6): 1686-1696.
Dorchin, N., Freidberg, A. and Aloni, R. (2002) Morphogenesis of stem gall tissues induced by larvae of two Cecidomyiid species (Diptera: Cecidomyiidae) on Suaeda monoica (Chenopodiaceae). Canadian Journal of Botany 80(11): 1141-1150.
Du, Y. P., Wang, Z. S. and Zhai, H. (2011) Grape root cell features related to phylloxera resistance and changes of anatomy and endogenous hormones during nodosity and tuberosity formation. Australian Journal of Grape and Wine Research 17(3): 291-297.
Forneck, A., Kleinmann, S. and Blaich, R. (2002) Histochemistry and anatomy of phylloxera (Daktulosphaira vitifoliae) nodosities on young roots of grapevine (Vitis sp). Journal of Grapevine Research 41(2): 93-97.
Gutschick, V. P. (1999) Biotic and abiotic consequences of differences in leaf structure. The New Phytologist 143(1): 3-18.
Hadavi, M., Montasser Kohssari, S. and Sariri, R. (2010) Electrophoretic changes and peroxidase activities in infected and uninfected Ahmadaghaii Pistachio Seedlings (Pistacia vera L.) with Aspergillus niger from Rafsanjan. Iranian Journal of Plant Biology 2: 21-30.
Howe, G. A. and Jander G. (2008) Plant immunity to insect herbivores. The Annual Review of Plant Biology 59: 41-66.
Louis, J. and Shah, J. (2013) Arabidopsis thaliana Myzus persicae interaction: shaping the understanding of plant defense against phloem-feeding aphids. Frontiers in Plant Science 4: 213-220.
Malenovský, I. and Jerinić-Prodanovic, D. (2011) A revised description of Psyllopsis repens Loginova, 1963 (Hemiptera: Psylloidea: Psyllidae), with first records from Europe. Archives of Biological Sciences 63(1): 275-286.
Maneva, V., Lecheva, I., Vassilev, A. and Semerdjieva, I. (2009) Changes in the photosynthetic performance of infested leaves of two barley cultivars by aphids. Field Crop Production 1: 831-838.
Martoni, F., Burckhardt, D. and Armstrong, K. F. (2016) An annotated checklist of the psyllids of New Zealand (Hemiptera: Psylloidea). Zootaxa 29(4): 556-574.
Moura, M. Z. D., Soares, G. L. G. and Santos Isaias, R. M. (2008) Species-specific changes in tissue morphogenesis induced by two arthropod leaf gallers in Lantana camara L. (Verbenaceae). Australian Journal of Botany 56(2): 153-160.
Mozafarian, V. (2006) A dictionary of Iranian plant names. Farhang Mosavar Publication, Tehran.
Nabity, P. D., Haus, M. J., Berenbaum, M. R. and DeLucia, E. H. (2013) Leaf-galling phylloxera on grapes reprograms host metabolism and morphology. Proceedings of the National Academy of Sciences 110(41): 16663-16668.
Oliveira, D. and Isaias, R. (2010) Redifferentiation of leaflet tissues during midrib gall development in Copaifera langsdorffii (Fabaceae). South African Journal of Botany 76(2): 239-248.
Price, P. W., Fernandes, G. W. and Waring, G. L. (1987) Adaptive nature of insect galls. Environmental Entomology 16(1): 15-24.
Rajabi Mazhar, N. and Sadeghi, S. (2006) Studying biology of Psyllopsis repens Lo. and identification of its natural enemies in Hamadan Province. In: Proceedings of the 17th Iranian Plant Protection Congress, Karaj, Iran.
Raman, A. (2003) Cecidogenetic behavior of some gall-inducing thrips, psyllids, coccids, and gall midges, and morphogenesis of their galls. Oriental Insects 37(1): 359-413.
Sá, C. E., Silveira, F. A. O., Santos, J. C., Isaias, R. S. and Fernandes, G. W. (2009) Anatomical and developmental aspects of leaf galls induced by Schizomyia macrocapillata Maia (Diptera: Cecidomyiidae) on Bauhinia brevipes Vogel (Fabaceae). Brazilian Journal of Botany 32(2): 319-327.
Scareli-Santos, C., Padua-Teixeira, S. and Varanda, E. (2008) Anatomy of foliar galls of Pouteria torta (Sapotaceae) induced by Youngomyia sp. nov. (Diptera, Cecidomyiidae). Phytomorphology 58: 139-144.
Souza, S., Kraus, J. and Isaias, R. (2000). Anatomical and ultrastructural aspects of leaf galls in Ficus microcarpa LF (Moraceae) induced by Gynaikothrips ficorum Marchal (Thysanoptera). Acta Botanica Brasilica 14: 57-69.
Steppuhn, A. and Baldwin, I. T. (2007) Resistance management in a native plant: nicotine prevents herbivores from compensating for plant protease inhibitors. Ecology Letter 10: 499-511.
Stone, G. N. and Schönrogge, K. (2003) The adaptive significance of insect gall morphology. Trends in Ecology and Evolution 18(10): 512-522.
War, A. R., Paulraj, M. G., Ahmad, T., Buhroo, A. A., Hussain, B., Ignacimuthu, S. and Sharma, H. C. (2012) Mechanisms of plant defense against insect herbivores. Plant Signaling and Behavior 7(10): 1306-1320.
Wardle, P. (1961) Biological Flora of the British Isles: Fraxinus excelsior L. Journal of Ecology 49, 739-751.
Will, T. and Vilcinskas, A. (2015) The structural sheath protein of aphids is required for phloem feeding. Insect Biochemistry and Molecular Biology 57: 34-40.
Wool, D. and Bar-El, N. (1995) Population ecology of the galling aphid Forda formicaria von Heyden in Israel: abundance, demography, and gall structure. Israel Journal of Zoology 41(2): 175-192.
Zucker, W. V. (1982) How aphids choose leaves: the roles of phenolics in host selection by a galling aphid. Ecology 63(4): 972-981.