نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
To investigate the effects of seed-applied nutrient compounds on germination and biochemical characteristics of bean seedlings under polyethylene glycol-induced drought stress, a factorial experiment was conducted in a completely randomized design with three replications. The treatments included drought stress (0, −4, −8, and −12 times) and the application of nutrient compounds containing polyamines (0, 25, 50, 75, and 100 mM). The results showed that drought stress significantly reduced germination rate and percentage to 3.1-6.97%, and reduced seedling dry weight and length to 4.70-28.19%, while increasing the average germination time by about 22.31% compared to the control treatment. However, enriching seeds with nutrient compounds increased seed germination and seedling growth and reduced the average germination time. In the presence and absence of drought stress, the antioxidant enzyme activity and proline content of seedlings obtained from treated seeds were about 3.25 to 4.10 percent higher than those obtained from control seeds. At all levels of drought stress, enriching seeds with different concentrations of nutrient compounds increased germination and improved bean seedling growth by increasing antioxidant enzyme activity. Among the treatments studied, the application of 100 mM nutrient compounds under non-stressed and 12-fold drought stress conditions increased dry weight by 20.69 and 59.26 percent, seedling vigor index by 15.59 and 28.96 percent, and peroxidase enzyme activity by 7.46 and 11.73 percent, respectively, compared to the control treatment, indicating a greater effect of nutrient compounds under drought stress conditions. In general, the application of 100 mM nutrient concentrations had the greatest positive effect on germination, growth, and biochemical traits of seedlings under both favourable and unfavourable conditions.
Introduction
Drought is one of the most critical environmental stresses limiting crop production worldwide and has adverse effects on germination, emergence, and plant growth and development. In agriculture, drought is defined as the lack of moisture required for normal plant growth and development, and water stress occurs when water loss exceeds water uptake, when water uptake by the plant decreases, or both. The germination and seedling growth stage is one of the most important and decisive stages of plant growth affecting crop production; however, it is strongly influenced by environmental stresses and has therefore been suggested as a suitable criterion for determining plant drought tolerance. Pinto bean (Phaseolus vulgaris L.) is one of the most important grain legumes, playing a major role in the human diet and providing a significant source of protein. Among legumes, the common bean ranks first in terms of cultivated area. This plant is rich in protein, phosphorus, vitamins, and nutrients such as calcium, zinc, copper, iron, manganese, and magnesium, as well as fibre. In addition, due to the symbiosis between atmospheric nitrogen-fixing bacteria and the roots of this plant, it effectively contributes to soil fertility, with large amounts of nitrogen added to cultivated soils each year after harvesting. Several factors can reduce chickpea seed germination and seedling emergence, among which drought stress is one of the most critical. Given that drought stress is one of the most important environmental factors in modern agricultural ecosystems and can significantly reduce plant growth and productivity, preventing or minimizing its harmful effects has long been of interest to researchers. Accordingly, considering the sensitivity of the germination and early growth stages of chickpea seedlings to drought stress, the present study was conducted to investigate the effect of seed application of nutrient compounds containing polyamines on the germination and biochemical characteristics of seedlings of this plant under drought stress.
Materials and Methods
To investigate the effects of applying nutrient elements containing polyamines on seed germination and the biochemical characteristics of Pinto bean seedlings under polyethylene glycol-induced drought stress, a factorial experiment was conducted in a completely randomized design with three replications. Treatments included drought stress at four levels (0, -4, -8, and -12 bar) and the application of nutrient elements containing polyamines at five levels (0, 25, 50, 75, and 100 %). In this study, the measured traits include germination percentage, germination rate, allometric coefficient, seedling length, seedling dry weight, seedling length vigour index, seedling weight vigour index, and mean germination time (MGT). Also, the activities of the catalase, peroxidase, and polyphenol oxidase enzymes, and the proline content of Pinto bean seedlings were investigated. Statistical analysis was performed using SAS 9.4. Data distribution normality was evaluated using the Kolmogorov-Smirnov test. The comparison of means was performed using Duncan's multiple-range test at the 5% significance level. Excel software was used to draw graphs.
Results and Discussion
The results showed that drought stress significantly reduced germination rate and percentage, and the dry weight and length of Pinto bean seedlings, and increased the mean time required for germination. However, enriching seeds with nutrient elements containing polyamines increased seed germination and seedling growth, and reduced the mean germination time. Under normal conditions and under drought stress, the activity of antioxidant enzymes and the proline content in seedlings obtained from seeds treated with nutrient elements containing polyamines were higher than in the control. At all levels of drought stress, enrichment of pinto bean seeds with different concentrations (25 to 100 %) of nutrient elements containing polyamines increased the percentage and rate of germination and better growth of pinto bean seedlings by increasing the activity of antioxidant enzymes. Among the treatments studied, the application of 100 mM concentration of nutrient elements containing polyamines under the normal condition and -12 bar drought stress condition caused an increase of 20.69% and 59.26% in seedling dry weight, 15.59% and 28.96% in seedling length vigor index, and 7.46% and 11.73% in the activity of peroxidase enzyme compared to the control, respectively.
Conclusion
In general, the application of a 100% concentration of nutrient elements containing polyamines had the greatest positive and significant effect on improving seed germination characteristics and biochemical traits of Pinto bean seedlings under drought stress.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
خشکی یکی از مهمترین تنشهای محیطی محدودکننده تولید محصولات گیاهی در سراسر جهان محسوب شده و اثرات نامطلوبی بر جوانهزنی، سبز شدن و رشد و نمو گیاه دارد. در کشاورزی خشکی، نبود رطوبت مورد نیاز برای رشد و توسعه طبیعی گیاه تعریف شده و ﺗﻨﺶ کمآﺑﯽ زﻣﺎﻧﯽ رخ ﻣﯽدﻫﺪ ﮐﻪ ﺗﻠﻔﺎت آب ﺑﯿﺶ از ﻣﯿﺰان ﺟﺬب آن ﺑﺎﺷـــﺪ (Amooaghaie et al., 2024). مرحلۀ جوانهزنی و رشد گیاهچهها یکی از مراحل مهم در طول دورة رشدی گیاه است که اغلب تحتتأثیر تنشهای محیطی بهویژه خشکی قرار میگیرد، زیرا جوانهزنی تعیینکننده تعداد بوته در واحد سطح در مزرعه بوده که در نهایت روی عملکرد محصول نیز تأثیر میگذارد (Moshtaghi et al., 2023). تنش خشکی سرعت و درصد جوانهزنی را تحتتأثیر قرار داده و ناکافی بودن رطوبت لازم برای جوانهزنی و بهدنبال آن تنش خشکی در مرحلۀ رشد گیاهچه یکی از عوامل مهم در عدم استقرار مطلوب گیاهچه در مناطق خشک است (Bazi Zlan et al., 2022). یک روش برای بررسی تأثیر تنش خشکی بر روی جوانهزنی در شرایط کنترل شده، شبیهسازی شرایط تنش توسط محلولهایی مانند پلی اتیلن گلیکول برای تهیه پتانسیلهای اسمزی متغیر است (Channaoui et al., 2019). با کاهش پتانسیل اسمزی، جذب آب به وسیلۀ بذر کاهش یافته و قابلیت جوانهزنی پائین میآید. کاهش درصد جوانهزنی بذر در اثر تنش خشکی ناشی از پلیاتیلنگلیکول (PEG) ممکن است به علّت عدم قابلیت نفوذ آب به بذر در اثر جذب کمتر آب توسط بذر و وجود اختلالات متابولیکی مانند هیدرولیز کندتر ترکیبات ذخیره شده در آندوسپرم یا لپه باشد (Channaoui et al., 2019; Bahrami et al., 2012).
مرحله جوانهزنی و رشد گیاهچه یکی از مهمترین و تعیین کنندهترین مرحله از مراحل رشدی گیاه است که بر میزان تولید محصول اثر میگذارد، امّا این مراحل به شدّت تحتتأثیر تنشهای محیطی قرار میگیرد، از این رو بهعنوان یک معیار مناسب برای تعیین میزان تحمل گیاهان به خشکی پیشنهاد شده است (Kaydan & Yagmur, 2008). کاهش جوانهزنی و رشد گیاهچهها در اثر تنش خشکی در لوبیاچیتی (Phaseolus vulgaris) (Heidari et al., 2018)، گلرنگ (Carthamus tinctorius) (Motakefi et al., 2022)، انگور (Vitis vinifera) (Zokaee Khosroshahi et al., 2023)، آفتابگردان (Helianthus annuus) (Heidari et al., 2020)، گشنیز (Coriandrum sativum) (Panahyan kivi, 2019) و ذرت (Zea mays) (Ebrahim Sedaghati et al., 2021) نیز گزارش شده است.
لوبیاچیتی با نام علمی Phaseolus vulgaris L. ﯾﮑﯽ از ﻣﻬﻤﺘﺮﯾﻦ ﺣﺒﻮﺑﺎت به شمار میرود ﮐﻪ ﺳﻬﻢ ﻋﻤﺪهای در رژﯾﻢ ﻏﺬاﯾﯽ اﻧﺴﺎن دارد و ﺗﺄﻣﯿﻦﮐﻨﻨﺪه ﺑﺨﺶ ﻣﻬﻤﯽ از ﭘﺮوﺗﺌﯿﻦ ﻣﻮرد ﻧﯿﺎز اﻧﺴﺎن اﺳﺖ و در بین حبوبات، لوبیاچیتی از لحاظ سطح زیر کشت، مقام اول را دارد که در سال ۲۰۲۴ حدود ۵۴ میلیون هکتار گزارش شده است (Ramadhani et al., 2024). این گیاه دارای پروتئین بالا، فسفر، ویتامینها، عناصر غذایی مانند (کلسیم، روی، مس، آهن، منگنز و منیزیم) و فیبر است. علاوه بر این، به علّت همزیستی باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن اتمسفری با ریشه این گیاه، در حاصلخیزی خاک موثر هستند و هر ساله مقادیر زیادی نیتروژن بعد از برداشت این محصول به خاک زراعی افزوده میشود. عوامل متعددی میتواند میزان جوانهزنی بذر، سبز شدن و ظهور گیاهچه لوبیاچیتی را کاهش دهند که تنش خشکی یکی از مهمترین عوامل محدودکننده است (Terzi et al., 2010). بهطور کلی عناصر از نظر میزان استفاده گیاهان، به دو دسته عناصر پر مصرف (درشت مغذی) و عناصر کممصرف (ریزمغذی) تقسیم میشوند. عناصر پر مصرف شامل نیتروژن، فسفر، پتاسیم، گوگرد، منیزیم و کلسیم و از عناصر کممصرف (رﯾﺰﻣﻐﺬی) میتوان به آهن، منگنز، روی، مولیبدن، بر و مس اشاره کرد که نبود هرکدام از این عناصر رشد و نمو گیاهان را تحتتأثیر قرار میدهد. ﻛﻤﺒﻮد عناصر غذایی در شرایط تنش خشکی از جمله ﻋﻮاﻣﻠﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ که شرایط تنش را در گیاه تشدید میکنند. گوگرد در سنتز پروتئین نقش داشته و بخشی از آمینواسیدهای ﻣﺘﻴﻮﻧﻴﻦ و ﺳﻴﺴﺘﺌﻴﻦ است و در شرایط تنش موجب افزایش آنزیمهای آنتیاکسیدان میشود (Sohrabi et al., 2019). نقش روی در ﺑﺴﻴﺎری از سیستمهای آنزیمی گیاهان بهعنوان یک پل ارتباطی برای اتصال آنزیم به سوبسترا شناخته شده است (Per et al., 2018). نقش اساسی کلسیم در بسیاری از سازوکارهای دفاعی در شرایط تنش خشکی و پیامرسانی آن برای تحمل یا مقاومت به خشکی مورد نیاز است (Motakefi et al., 2022). استفاده از عناصرکممصرف نیز، اثرات سوء تنش را کاهش داده و سبب تولید بذرهایی با قابلیت جوانهزنی بهتر میشود. همچنین، ﻋﻨﺎﺻﺮ رﯾﺰﻣﻐﺬی مانند آﻫﻦ، منگنز و روی ﻧﻘـﺶ ﻣﻬﻤـی در رﺷـﺪ و ﺑﺎزده گیاهان در شرایط تنش خشکی دارﻧﺪ (El-Wahab, 2008). پلیآمینها، پلیکاتیونهای آلی هستند که در فرآیندهای فیزیولوژیک مانند رشد، نمو و افزایش تحمّل به تنشها نقش مهمی دارند. در گیاهان عالی پلیآمینها به فرم پوتریسین، اسپرمیدین و اسپرمین یافت میشوند. همچنین پلیآمینها در پاسخ به خشکی به مقدار زیادی تولید و انباشته میشوند (Chen et al., 2019). پلیآمینها در شرایط تنش ملایم موجب از بین رفتن رادیکالهای آزاد سوپر اکسید میشوند، اّما تحت شرایط تنش شدید بهعنوان تنظیمکنندهی مثبت ژنهای آنتیاکسیدانی عمل میکنند (Ebeed et al., 2017). کاربرد این ماده سبب حفاظت غشاء توسط مهار پراکسیداسیون لیپیدها و کاهش صدمه تنش اکسیداتیو میشود. حفظ ویژگیهای غشاء و افزایش فعالیت سیستم آنتیاکسیدانی گیاه در افزایش تحمل به تنش کمآبی میتواند بسیار مهم باشد (Mustafavi et al., 2018). در گیاهان متعددی مانند پیاز (Amin et al., 2011)، گندم (Ebeed et al., 2017) و فلفل (Khan et al., 2012) مشاهده شدند با کاربرد پلیآمینها، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان افزایش یافته و در نتیجه موجب افزایش رشد رویشی شده است.
کودهای حاوی عناصر غذایی با روشهای مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند که روشهای مصرف شامل محلولپاشی، مصرف خاکی و آغشته نمودن بذر است که آغشته نمودن بذر به عناصر غذایی نوعی پیشتیمار محسوب میشود (Sohrabi et al., 2019). بذرمال کردن به آغشته نمودن بذر قبل از کاشت با ترکیب یا ترکیباتی میباشد که سبب افزایش قدرت جوانهزنی بذر، افزایش حجم ریشه، استقرار بهتر و مناسب گیاهچه در شرایط تنشهای محیطی بهویژه تنش خشکی میشود (Amiryousefi et al., 2021). آغشته نمودن بذرها توسط عناصر مغذی از تکنیکهای سودمندی است که در بسیاری از بذرها از جمله چغندرقند (Beta vulgaris) (Ghotbi & Farajzadeh Memarian Tabrizi, 2018) مورد استفاده قرار گرفته است.
با توجه به اینکه تنش خشکی یکی از مهمترین تنشهای محیطی در بوم نظام (اکوسیستم)های زراعی امروزی به شمار میرود، میتواند منجر به کاهش رشد و تولید گیاهان شود. بنابراین یافتن روشهای جلوگیری یا کاهش تأثیر زیانبار ناشی از تنش خشکی همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. بر این اساس با توجه به حساسیت مراحل جوانهزنی و رشد گیاهچههای لوبیاچیتی به تنش خشکی، پژوهش حاضر جهت بررسی تأثیر کاربرد بذری ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر ویژگیهای جوانهزنی و بیوشیمیایی گیاهچههای این گیاه تحت تنش خشکی اجرا شد.
مواد و روشها
جهت بررسی تأثیر کاربرد ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر جوانهزنی، رشد و ویژگیهای بیوشیمیایی گیاهچههای لوبیاچیتی تحت تنش خشکی، آزمایشی بهصورت فاکتوریل در قالـب طرح کامل تصادفی در سه تکرار در دانشگاه محقق اردبیلی انجام شد. تیمارها شامل تنش خشکی در چهار سطح (صفر، 4-، 8- و 12- بار) و کاربرد ترکیبات مغذی در پنج سطح (صفر، 25، 50، 75 و 100 درصد) بود. ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین (پلیآمین سینتتیک Diethylenetriamine) (70%)، آمونیوم (2%)، مس (05/0%)، روی (2%)، منگنز (2/0%)، آهن (2%)، کلسیم (1%)، گوگرد (5%)، منیزیم (1%) و کربن آلی (15%) مطابق برچسب موجود روی ظرف بود که از شرکت بسپار دانش سبز بنیان تهیه شده بود. پلیآمین مورد استفاده در ترکیب این مکمل غذایی، دارای ساختاری شبیه به پلیآمینهای طبیعی است. ابتدا جهت ضدعفونی بذور، بذرهای لوبیاچیتی در هیپوکلرید سدیم پنج درصد به مدت یک دقیقه قرار داده شدند و سپس سه بار با آب مقطر شستشو داده شدند. برای آغشته کردن بذر با ترکیبات مغذی (بذرمال کردن)، بذور در غلظتهای تهیه شده از ترکیبات مغذی قرار داده شدند، پس از آن بذور روی کاغذ صافی قرار داده شد تا خشک شوند. بذرهای شاهد تا زمان کاشت در یخچال نگهداری شدند.
جهت انجام آزمون جوانهزنی، ابتدا سه تکرار 25 بذری بهطور تصادفی از بذرهای تیمار شده و بذرهای تیمار نشده به پتریدیشهای حاوی دو لایه کاغذ صافی انتقال یافتند و کشت به روش روی کاغذ انجام شد. جهت تهیه سطوح مختلف تنش خشکی (4-، 8- و 12- بار)، از پلیاتیلن گلیکول 6000 استفاده شد (Michel & Kaufmanm, 1973)، سپس به صورت مجزا، مقدار 10 میلیلیتر از محلولهای مورد نظر به هر پتریدیش اضافه شد. برای تیمار شاهد (غلظت صفر پلی اتیلنگلیکول) از آب مقطر استفاده شد، سپس نمونهها به ژرمیناتوری با دمای 1 ±20 درجه سانتیگراد (ISTA, 2017) منتقل شدند. تعداد بذور جوانهزده به صورت روزانه تا 10 روز شمارش شد. ظهور ریشهچه به اندازه 2 میلیمتر بهعنوان معیاری برای جوانهزنی بذرها در نظر گرفته شد. در پایان آزمایش، تعداد جوانههای نرمال و غیرنرمال (فاقد ریشهچه و ساقهچه) آنها شمارش و درصد جوانهزنی، سرعت جوانهزنی تعیین شد. برای محاسبه متوسط زمان جوانهزنی از رابطه Ellis & Rabertz (1981) استفاده شد.
در پایان آزمون جوانهزنی، طول گیاهچههای نرمال توسط خطکش با دقت یک میلیمتر اندازهگیری شد و ضریب آلومتری (نسبت طول ساقهچه به طول ریشهچه) محاسبه شد. جهت تعیین وزن خشک، گیاهچههای نرمال از هر تیمار و تکرار به صورت جداگانه در پاکتهای کاغذی ریخته شده و در آونی با دمای 80 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت خشکانده شدند. پس از پایان مدت مذکور، نمونههای هر پاکت توسط ترازوی دیجیتالی با دقت 0001/0 توزین شدند. علاوه بر این، شاخص طولی بنیه و وزنی بنیه گیاهچهها نیز اندازهگیری شد. جهت اندازهگیری صفات بیوشیمیایی گیاهچهها، نمونههایی از گیاهچههای نرمال 10 روزه بهصورت تصادفی انتخاب و این نمونهها تا زمان اندازهگیری ویژگیهای بیوشیمیایی و آنزیمی در فریزر با دمای 80- درجه سانتیگراد نگهداری شدند. برای تهیه عصاره آنزیمی از روش& Koa (1998) Chang استفاده شد. همچنین جهت اندازهگیری میزان فعالیت آنزیم کاتالاز از روش (1984) Aebiو آنزیم پراکسیداز از روش Chanec & Maehly (1955) بر پایه تشکیل تتراگایاکول از گایاکول در حضور پراکسید هیدروژن و آنزیم گایاکول استفاده شد. همچنین استخراج پرولین توسط روش Bates et al. (1973) صورت گرفت. علاوه بر این،تجزیه و تحلیل آماری دادهها توسط نرم افزار آماری SAS 9.4انجام شد. نرمال بودن توزیع دادهها توسط آزمون کولموگروف-اسمیرنوف ارزیابی شد. مقایسه میانگینها توسط آزمون چنددامنهای دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد و برای رسم نمودارها از نرمافزار Excel استفاده شد.
نتایج
درصد جوانهزنی
نتایج حاصل از تجزیه واریانس دادهها نشان داد که درصد جوانهزنی بهطور معنیداری تحتتأثیر سطوح مختلف تنش خشکی و کاربرد ترکیبات مغذی قرار گرفت، امّا اثر متقابل تنش خشکی× کاربرد ترکیبات مغذی روی این صفت معنیدار نبود (جدول 1). در پژوهش حاضر، اعمال تنش خشکی در مرحله جوانهزنی توسط کاهش پتانسیل آب، سبب کاهش ظرفیت جوانهزنی شد. همچنین با افزایش شدت تنش خشکی درصد جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی بهطور معنیداری کاهش یافت، به عبارت دیگر، کمترین میانگین درصد جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی در شرایط تنش خشکی 12- بار مشاهده شد (شکل 1). در شرایط تنش خشکی 12- بار، درصد جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی در حدود 97/6 درصد نسبت به درصد جوانهزنی بذور شاهد کاهش یافت. اگرچه تنش خشکی موجب کاهش درصد جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی بین 1/3 تا 97/6 درصد شد، امّا کاربرد غلظتهای مختلف ترکیبات مغذی سبب شد تا درصد جوانهزنی بهطور معنیداری نسبت به درصد جوانهزنی بذرهای بدون تیمار (شاهد) افزایش یابد (شکل 2). با افزایش غلظت ترکیبات مغذی نیز، افزایش معنیداری در درصد جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی مشاهده شد. بیشترین میانگین درصد جوانهزنی در بذور تیمار شده با غلظت 100 درصد ترکیبات مغذی بدست آمد که بهطور معنیداری بیشتر از سایر تیمارهای بذری و تیمار شاهد بود. با تیمارکردن بذرهای لوبیاچیتی با غلظت 100 درصد از ترکیبات مغذی درصد جوانهزنی بذرهای لوبیا چیتی در حدود 26/11 درصد نسبت به تیمار شاهد افزایش یافت (شکل 2).
جدول 1- تجزیه واریانس تأثیر تیمارهای تنش خشکی و کاربرد ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر جوانهزنی و رشد گیاهچههای لوبیاچیتی
Table 1- Analysis of variance of the effect of drought stress and application of nutrient elements containing polyamines treatments on germination and growth of pinto bean seedlings
|
Seedling weight vigor index |
Seedling length vigor index |
Allometric coefficient |
Seedling length |
Seedling dry weight |
Mean germination time |
Germination rate |
Germination percentage |
df |
S.O.V |
|
** 0.7 |
**496252.8 |
** 0.008 |
**64.96 |
** 4-10×1 |
**0.32 |
**205.3 |
**58.2 |
3 |
Drought stress (S) |
|
0.05** |
** 112197.83 |
** 0.005 |
** 4.83 |
** 5-10×4 |
**0.16 |
**101.5 |
**123.6 |
4 |
Nutrient elements (N) |
|
** 0.0007 |
* 1504.17 |
**3×10-5 |
** 0.17 |
** 6-10×8 |
**0.002 |
**1.46 |
1.2ns |
12 |
N×S |
|
0.0002 |
700.25 |
1×10-6 |
0.01 |
6-10×5 |
0.003 |
1.4 |
1.4 |
40 |
Error |
|
3.28 |
2.24 |
0.11 |
0.73 |
1.74 |
0.32 |
0.08 |
1.57 |
|
CV % |
ns و **، به ترتیب غیر معنیدار و معنیدار در سطح احتمال 1 %
ns, ** are non-significant and significant at 1% probability level, respectively
شکل 1- تأثیر تنش خشکی بر درصد جوانهزنی بذور لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 1- Effect of drought stress on germination percentage of Pinto bean seeds. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
شکل 2- تأثیر کاربرد ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر درصد جوانهزنی بذور لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 2- The effect of nutrient elements containing polyamines on germination percentage of Pinto bean seeds. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
سرعت جوانه زنی
نتایج تجزیه واریانس دادهها نشان دادند سرعت جوانهزنی تحت تأثیر اثرات ساده تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی در بذر و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی در بذر قرار گرفت (جدول 1). علاوه بر این، با افزایش شدت تنش خشکی میانگین سرعت جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی بهطور معنیداری کاهش داشت و کمترین میانگین سرعت جوانهزنی در تیمار تنش خشکی 12- بار مشاهده شد. همچنین با قرار گرفتن بذرهای لوبیاچیتی در این شدت تنش، سرعت جوانهزنی آنها در حدود 58/10 درصد نسبت به بذرهای شاهد کاهش یافت (شکل 3).
در تمام سطوح تنش خشکی، تیمار کردن بذور لوبیاچیتی با غلظتهای مختلف ترکیبات مغذی سبب شد تا سرعت جوانهزنی بذور لوبیاچیتی بهطور معنیداری نسبت به تیمار بدون کاربرد ترکیبات مغذی افزایش یابد (شکل 3). در تمام سطوح تنش خشکی با افزایش غلظت ترکیبات مغذی از 25 به 100 درصد، سرعت جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی روند افزایشی و معنیدار داشت. بیشترین سرعت جوانهزنی در تمام سطوح تنش خشکی در تیمار کاربرد غلظت 100 درصد از ترکیبات مغذی مشاهده شد بهطوری که این تیمار سبب شد تا میانگین سرعت جوانهزنی بذور لوبیاچیتی بین 86/10 و 44/11 درصد افزایش داشته باشد (شکل 3).
شکل 3- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر سرعت جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 3- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines treatments on germination rate of Pinto bean seeds. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
میانگین مدت زمان جوانهزنی
صفت درصد جوانهزنی به تنهائی نمیتواند تمامی جنبههای جوانهزنی را روشن کند. از این رو بررسی صفتهایی مانند میانگین مدت زمان جوانهزنی ضروری به نظر میرسد. اثرات ساده تنش خشکی، تیمار بذری با ترکیبات مغذی و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی بر میانگین مدت زمان جوانهزنی معنیدار شد (جدول 1). با قرار گرفتن بذرهای لوبیاچیتی در معرض تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول، میانگین مدت جوانهزنی بذرها با افزایش شدت تنش خشکی بهطور معنیداری افزایش یافت، به عبارت دیگر، بیشترین میانگین مدت جوانهزنی در شرایط تنش خشکی 12- بار مشاهده شد. تنش خشکی 12- بار سبب شد تا میانگین مدت جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی در حدود 31/22 درصد نسبت به بذرهای شاهد افزایش یابد (شکل 4).
اگرچه در تمام سطوح تنش خشکی، تیمار کردن بذرها با ترکیبات مغذی سبب کاهش معنیدار میانگین مدت جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی شد، امّا با افزایش غلظت ترکیبات مغذی، میانگین مدت جوانهزنی بذرها روند کاهشی داشتند که این کاهش نیز معنیدار بود (شکل 4). در تمام سطوح تنش خشکی کمترین میانگین مدت جوانهزنی، در تیمار کاربرد غلظت 100 درصد ترکیبات مغذی مشاهده شد که اختلاف معنیداری با تیمار شاهد و سایر تیمارها داشت. در بین تیمارهای مورد بررسی، بیشترین و کمترین میانگین مدت جوانهزنی به ترتیب در تیمار عدم کاربرد ترکیبات مغذی در شرایط تنش خشکی 12- بار و تیمار کاربرد غلظت 100 درصد ترکیبات مغذی در شرایط عدم تنش خشکی بدست آمد (شکل 4).
شکل 4- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر میانگین مدت جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 4- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines on mean germination time of Pinto bean seeds. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
وزن خشک گیاهچه
بر اساس نتایج تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) وزن خشک گیاهچههای لوبیاچیتی تحت اثرات ساده تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی قرار گرفت. مطابق شکل 5، با بیشترین و کمترین میانگین وزن خشک گیاهچههای لوبیاچیتی به ترتیب در شرایط تنش خشکی 12- بار و عدم تنش خشکی مشاهده شد. در تمام سطوح تنش خشکی، بیشترین میانگین وزن خشک گیاهچههای لوبیاچیتی در تیمار کاربرد 100 درصد ترکیبات مغذی مشاهده شد که بطور معنیداری بیشتر از تیمار شاهد و سایر غلظتهای مورد استفاده از ترکیبات مغذی بود. کاربرد 100 درصد ترکیبات مغذی در شرایط بدون تنش خشکی و تنش خشکی 12- بار به ترتیب موجب افزایش 69/20 و 26/59 درصدی وزن خشک گیاهچههای لوبیاچیتی نسبت به وزن خشک گیاهچهها در تیمار شاهد (بدون ترکیبات مغذی) شد که نشان دهنده تأثیر بیشتر ترکیبات مغذی در شرایط وجود تنش خشکیاست (شکل 5).
طول گیاهچه
صفت طول گیاهچه به طور معنیداری تحت تأثیر تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی قرار گرفت (جدول 1). اعمال تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول به طور معنیداری طول گیاهچههای لوبیاچیتی را کاهش داد، بهطوری که قرار گرفتن بذرهای لوبیاچیتی در حین جوانهزنی در معرض تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول (4- تا 12- بار)، سبب شد تا طول گیاهچههای لوبیاچیتی بین 70/4 تا 19/28 درصد کوتاهتر از گیاهچههای شاهد شوند (شکل 6). به عبارت دیگر، در هر دو شرایط بدون تنش و تنش خشکی، طول گیاهچههای حاصل از بذرهای تیمار شده با ترکیبات مغذی بهطور معنیداری بیشتر از طول گیاهچههای حاصل از بذرهای شاهد بود (شکل 6). اگر چه کاربرد ترکیبات مغذی در شرایط بدون تنش خشکی موجب افزایش طول گیاهچههای لوبیاچیتی در حدود 34/2 تا 56/10 درصد نسبت به طول گیاهچهها در تیمار شاهد (بدون ترکیبات مغذی) شد، امّا با کاربرد غلظتهای مختلف ترکیبات مغذی در بذرهای لوبیاچیتی در شرایط تنش خشکی 4- تا 12- بار، سبب شد تا طول گیاهچهها در حدود 46/2 تا 98/15 افزایش یابد که
نشاندهنده تأثیر بیشتر ترکیبات مغذی در شرایط تنش خشکی است (شکل 6).
شکل 5- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی بر وزن خشک گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 5- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines treatments on dry weight of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
شکل 6- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر میانگین طول گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 6- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines treatments on length of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
ضریب آلومتری
میانگین ضریب آلومتری بهطور معنیداری تحت تأثیر اثرات ساده تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی قرار گرفت (جدول 1). با اعمال سطوح مختلف تنش خشکی (4- تا 12- بار) ضریب آلومتری گیاهچههای لوبیاچیتی بهطور معنیداری نسبت به شرایط بدون تنش خشکی افزایش یافت که نشاندهنده افزایش نسبت طول ساقهچه به ریشهچه است. به عبارت دیگر، بیشترین مقدار این ضریب زمانی به دست آمد که بذرها در معرض تنش خشکی 12- بار قرار گرفتند. تنش خشکی 12- بار سبب شد تا ضریب آلومتری گیاهچههای لوبیاچیتی در حدود 18/5 درصد نسبت به ضریب آلومتری گیاهچههای شاهد افزایش یابد (شکل 7). غنیسازی بذرهای لوبیاچیتی با ترکیبات مغذی در شرایط وجود و عدم وجود تنش خشکی، موجب شد تا میانگین ضریب آلومتری به طور معنیداری کاهش یابد. همچین افزایش غلظت ترکیبات مغذی از 25 درصد تا 100 درصد، تاثیر مثبت و معنیداری بر کاهش میانگین ضریب آلومتری داشت. در تمام سطوح تنش خشکی، بیشترین میانگین ضریب آلومتری گیاهچههای لوبیاچیتی در تیمار شاهد (بدون ترکیبات مغذی) بهدست آمد (شکل 7).
شکل 7- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر ضریب آلومتری گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 7- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines treatments on allometric coefficient of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
شاخص طولی بنیه گیاهچه
بر اساس نتایج تجزیه واریانس دادهها (جدول 1) شاخص طولی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی تحت تأثیر اثرات ساده تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی قرار گرفت. بر اساس شکل 8، کمترین و بیشترین میانگین شاخص طولی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی به ترتیب در شرایط تنش خشکی 12- بار و عدم تنش خشکی مشاهده شد. در تمام سطوح تنش خشکی، بیشترین میانگین شاخص طولی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی در تیمار کاربرد 100 درصد ترکیبات مغذی مشاهده شد که بهطور معنیداری بیشتر از تیمار بدون پیشتیمار و سایر غلظتهای مورد استفاده از ترکیبات مغذی بود. همچنین در شرایط بدون تنش خشکی کاربرد 100 درصد ترکیبات مغذی موجب افزایش 59/15 درصدی شاخص طولی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی نسبت به شاخص طولی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی در تیمار شاهد (بدون ترکیبات مغذی) شد. از سوی دیگر، مقدار افزایش این شاخص در شرایطی که بذرها در معرض تنش 4- تا 12- بار قرار گرفتند در حدود 60/23 تا 96/28 درصد نسبت به شاخص طولی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی در تیمار شاهد (بدون ترکیبات مغذی) شد (شکل 8).
شکل 8- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر شاخص طولی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 8- Effect of drought stress treatments and nutrient elements containing polyamines on the seedling length vigor index of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
شاخص وزنی بنیه گیاهچه
صفت شاخص وزنی بنیه به طور معنیداری تحت تأثیر تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی قرار گرفت (جدول 1). با اعمال تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول سبب شد تا شاخص وزنی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی به طور معنیداری کاهش داد. به عبارت دیگر، در تیمار شاهد (عدم پیشتیمار ترکیبات مغذی) قرار گرفتن بذرهای لوبیاچیتی در حین جوانهزنی در معرض سطوح 4- تا 12- بار تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول، سبب شد تا شاخص وزنی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی بین 94/26 تا 97/70 درصد نسبت به گیاهچههای حاصل از بذرهای شاهد کاهش یابد (شکل 9). در هر دو شرایط (بدون تنش و تنش خشکی)، با تیمار کردن بذرهای لوبیاچیتی با ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین سبب شد تا شاخص وزنی بنیه گیاهچهها بهطور معنیداری بیشتر از شاخص وزنی بنیه گیاهچهها حاصل از بذرهای شاهد شود (شکل 9). بیشترین میزان افزایش در شاخص وزنی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی با تیمار کردن بذرها با غلظت 100 درصد ترکیبات مغذی حاصل شد. در تمام سطوح تنش خشکی (0 تا 12- بار)، کاربرد غلظت 100 درصد از ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین موجب افزایش شاخص وزنی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی در حدود 13/30 تا 16/76 درصد نسبت به شاخص وزنی بنیه گیاهچهها در تیمار شاهد (بدون ترکیبات مغذی) شد (شکل 9).
شکل 9- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر میانگین شاخص وزنی بنیه گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 9 - Effect of drought stress treatments and nutrient elements containing polyamines on the seedling weight vigor index of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان
براساس نتایج تجزیه واریانس دادهها (جدول 2) فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان کاتالاز و پراکسیداز بهطور معنیداری تحت تأثیر تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی در بذر و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی در بذر در سطح احتمال یک درصد قرار گرفت. کاربرد غلظت 100 میلیمولار از ترکیبات مغذی در بذور لوبیاچیتی در شرایط تنش خشکی (4- تا 12- بار) سبب شد تا میزان فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچهها در حدود 07/5 تا 16/5 درصد و میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز گیاهچهها بین 46/7 تا 73/11 درصد نسبت فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز گیاهچههای حاصل از بذرهای شاهد افزایش یابد (شکل 10 و شکل 11). در شرایط عدم کاربرد ترکیبات مغذی تحت شرایط تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول، میانگین فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز با افزایش شدت تنش خشکی از 4- تا 12- بار به ترتیب 45/20 درصد و 57/43 درصد بهطور معنیداری افزایش یافت، بطوری که بیشترین میانگین فعالیت آنزیمهای کاتالاز (شکل 10) و پراکسیداز (شکل 11) در شرایط تنش خشکی 12- بار بهدست آمد. در شرایط تنش خشکی 12- بار، افزایش میزان فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز گیاهچههای لوبیاچیتی بهترتیب در حدود 45/20 و 57/43 درصد نسبت به میزان فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز گیاهچههای شاهد بود (شکل 10 و شکل 11). غنیسازی بذرهای لوبیاچیتی با ترکیبات مغذی در شرایط وجود و عدم وجود تنش خشکی، موجب شد تا میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی به طور معنیداری افزایش یابد. همچنین افزایش غلظت ترکیبات مغذی از 25 میلیمولار به 100 میلیمولار، تأثیر مثبت و معنیداری بر میزان فعالیت این آنزیمها داشت (شکل 10 و شکل 11). در تمام سطوح تنش خشکی، بیشترین میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی گیاهچههای لوبیاچیتی با کاربرد غلظت 100 میلیمولار از ترکیبات مغذی در بذر بهدست آمد. افزایش میزان فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز با کاربرد غلظت 100 میلیمولار از ترکیبات مغذی در بذور لوبیاچیتی در شرایط بدون تنش خشکی به ترتیب در حدود 07/5 و 92/13 درصد بود.
جدول 2- تجزیه واریانس تأثیر تیمارهای تنش خشکی و کاربرد ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر صفات بیوشیمیایی گیاهچههای لوبیاچیتی
Table 2- Analysis of variance of the effect of drought stress and application of nutrient elements containing polyamines treatments on biochemical traits of pinto bean seedlings
|
Proline |
Peroxidase enzyme activity |
Catalase enzyme activity |
df |
S.O.V |
|
**0.03 |
**0.03 |
**0.43 |
3 |
Drought stress (S) |
|
**0.002 |
**0.001 |
**0.002 |
4 |
Nutrient elements (N) |
|
**3×10-5 |
**3×10-5 |
**1×10-5 |
12 |
N×S |
|
2×10-6 |
2×10-7 |
37.7 |
40 |
Error |
|
0.17 |
0.42 |
0.22 |
|
CV % |
ns، * و **: به ترتیب غیر معنیدار، معنیدار در سطح احتمال 5 % و 1 %
ns, * and ** are non-significant and significant at the five percent, one percent probability level, respectively
شکل 10- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 10- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines treatments on catalase enzyme activity of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
شکل 11- تأثیر تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر فعالیت آنزیم پراکسیداز گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 11- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines treatments on peroxidase enzyme activity of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
اسیدآمینه پرولین
اسیدآمینه پرولین به طور معنیداری تحت تأثیر اثرات ساده تنش خشکی، کاربرد ترکیبات مغذی در بذر و اثر متقابل تنش خشکی × کاربرد ترکیبات مغذی قرار گرفت (جدول 2). در شرایط عدم کاربرد ترکیبات مغذی اعمال تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول (4- تا 12- بار) سبب شد تا میزان اسیدآمینه پرولین بین 62/6 تا 35/15 درصد افزایش یابد. بیشترین افزایش در میزان اسیدآمینه پرولین گیاهچههای لوبیاچیتی در شرایط تنش خشکی 12- بار مشاهده شده که بهطور معنیدای بیشتر از میزان اسیدآمینه پرولین گیاهچههای شاهد بود (شکل 12).
غنیسازی بذرهای لوبیاچیتی با ترکیبات مغذی در شرایط وجود و عدم وجود تنش خشکی، موجب شد تا میزان اسیدآمینه پرولین به طور معنیداری افزایش یابد. افزایش غلظت ترکیبات مغذی نیز (از 25 درصد تا 100 درصد) تأثیر مثبت و معنیداری بر میزان اسیدآمینه پرولین داشت. در تمام سطوح تنش خشکی، بیشترین محتوای اسیدآمینه پرولین در گیاهچههای حاصل از غنیسازی بذر با کاربرد غلظت 100 درصد از ترکیبات مغذی بهدست آمد. در شرایط تنش خشکی 4- تا 12- بار، غنیسازی بذرهای لوبیاچیتی با غلظت 100 درصد ر از ترکیبات مغذی سبب شد تا میزان اسیدآمینه پرولین در حدود 25/3 تا 10/4 درصد نسبت به میزان اسیدآمینه پرولین گیاهچههای حاصل از بذرهای شاهد (بدون ترکیبات مغذی) افزایش یابد (شکل 12).
شکل 12- اثرات تیمارهای تنش خشکی و ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین بر محتوای پرولین گیاهچههای لوبیاچیتی. مقادیر میانگین سه تکرار ± انحراف معیار هستند و حروف یکسان وجود نداشتن اختلاف معنیدار توسط آزمون دانکن را نشان میدهند.
Figure 12- The effects of drought stress and nutrient elements containing polyamines treatments on proline content of Pinto bean seedlings. The values are the mean values of Three repetitions ± standard deviation and the same letters indicate the absence of significant difference using Duncan's test.
بحث
تنش خشکی یکی از عوامل اصلی کاهشدهنده درصد و سرعت جوانهزنی بذرها است که عمدتاً توسط کاهش جذب آب به داخل بذر اثر میکند و اختلال در فرآیندهای متابولیکی اولیه مانند هیدرولیز ترکیبات ذخیرهشده در لپهها و انتقال آهسته متابولیتها به محور رشدی جنین ایجاد میکند (Channaoui et al., 2019; Bahrami et al., 2012;). کاهش جذب آب همچنین سبب افزایش تولید رادیکالهای آزاد و استرس اکسیداتیو در بافت گیاهچه میشود. نتایج نشان داد که تیمارهای مغذی میتوانند اثرات منفی تنش خشکی را کاهش دهند. سازوکارهای این اثر شامل فعالسازی آنزیمهای آنتیاکسیدانی نظیر کاتالاز، پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز توسط تأمین کوفاکتورهای Fe، Mn،Cu و Zn، تقویت بیان ژنی آنزیمهای دفاعی توسط مسیرهای سیگنالدهی وابسته به ROS و هورمونهای استرس مانند ABA، بهبود وضعیت متابولیکی و سنتز پروتئینها و آنزیمها، حفظ تعادل آب، تنظیم اسمزی سلول و کاهش اثرات مستقیم رادیکالهای آزاد است. در نتیجه، این سازوکارها منجر به افزایش فعالیت سیستم آنتیاکسیدانی، حفاظت از غشاءها و پروتئینها، تسهیل فرآیندهای متابولیکی مرتبط با جوانهزنی و در نهایت افزایش درصد و سرعت جوانهزنی بذرها میشوند. تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول سبب کاهش درصد جوانهزنی در گندم (Triticum aestivum L.) (Dashtaki et al., 2020)، چاودار (Secale cereale L.) (Hatami et al., 2024)، در فلفل (Capsicum) (Khan et al., 2012) و کنجد (Sesamum indicum) (El Harfi et al., 2016) شد که با نتایج این پژوهش مطابقت دارد. وجود تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول فقط توسط کاهش جذب آب توسط بذر میتواند جوانهزنی را تحت تأثیر قرار دهد و از آنجایی که مولکولهای پلیاتیلن گلیکول نمیتوانند وارد بذر شوند، این مولکولها فاقد اثر سمی بر جوانهزنی بذر هستند (Hatami et al., 2024). کاهش سرعت جوانهزنی در اثر تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول در گندم (Triticum aestivum L.) (Dashtaki et al., 2020) و چاودار (Secale cereale L.) (Hatami et al., 2024) مشاهده شدند. کاربرد عناصر غذایی سبب ایجاد بذرهایی با قوهی نامیه و قدرت بالا میشود. این موضوع زمانی اهمیت بیشتر پیدا میکند که این بذرها در محیطهای دارای تنش کاشته شوند. غنیسازی بذور کنجد با ترکیبات مغذی حاوی روی (ppm 5/139) و بر (ppm14) موجب افزایش درصد و سرعت جوانهزنی کنجد در شرایط تنش خشکی ناشی از پلی اتیلن گلیکول شد (Parsaie et al., 2020). در پژوهشهای انجام شده بر روی بامیه گزارش شده که ﺑﺎﻻﺗﺮﻳﻦ سرعت و درصد جوانهزنی از بذر بامیه در ﺷﺮاﻳﻂ ﺗﻴﻤﺎر ﺑـﺬری ﺑـﺎ ترکیبات مغذی با غلظتهای 5/0 و 1 میلیمولار اسپرمین و اسپرمیدین در شرایط تنش دمایی حاصل شد (Esmsilpour et al., 2020). از سوی دیگر، تنش خشکی میانگین مدت جوانهزنی بذرهای لوبیاچیتی را افزایش داد. همچنین با افزایش سطوح خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول، میانگین مدت زمان لازم برای جوانهزنی بذرها افزایش یافت و زمان بیشتری برای جوانهزنی صرف شد. کاهش سرعت جوانهزنی و افزایش مدت زمان لازم برای جوانهزنی در شرایط تنش را میتوان به کاهش فعالیتهای متابولیکی و فیزیولوژیکی حین جوانهزنی نسبت داد (Dashtaki et al., 2020). بهنظر میرسد تأمین عناصر غذایی به ویژه در شرایط تنش خشکی نقش ویژهای در حفاظت جنین و گیاهچه در زمان جوانهزنی در برابر تنش ایجاد میکند. غنیسازی بذور سویا نیز با ترکیبات مغذی آهن و روی با غلظت سه در هزار توسط افزایش سرعت جوانهزنی، موجب کاهش میانگین مدت جوانهزنی میشود (Jalil Shesh Bahre & Movahhedi Dehnavi, 2012). از سوی دیگر، طول و وزن خشک گیاهچهها با اعمال تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول کاهش یافت. همچنین با افزایش شدت تنش خشکی در نتیجه افزایش غلظت پلیاتیلن گلیکول، طول و وزن خشک گیاهچهها کاهش معنیداری یافت. به عبارت دیگر، علّت این امر را میتوان نتیجه افزایش غلظت محلول پلیاتیلن گلیکول و همچنین افزایش پتانسیل اسمزی بستر کاشت دانست که منجر به کاهش جذب آب توسط بذور شده و نیز مانع از ادامه فعالیتهای طبیعی گیاهچه میشود (Akhavan Armaki et al., 2013). همچنین از ﻋﻠﻞ دیگر ﻛﺎﻫﺶ ﻃﻮل و وزن خشک گیاهچه در ﺷﺮاﻳﻂ ﺗﻨﺶ ﺧﺸﻜﻲ میتوان به ﻛﺎﻫﺶ ﻳﺎ ﻋﺪم اﻧﺘﻘﺎل ﻣﻮاد ﻏﺬاﻳﻲ از ﺑﺎﻓﺖﻫﺎی ذﺧﻴﺮهای ﺑﺬر ﺑﻪ ﺟﻨﻴﻦ اشاره کرد (Marashi & Albaji, 2023). از سوی دیگر، ﻛﺎﻫﺶ طول و وزن خشک گیاهچهها در اﺛﺮ تنش خشکی، میتواند به علّت اﺧﺘﻼل در ﻓﻌﺎﻟﻴﺖﻫﺎی ﻣﺆﺛﺮ در حین مرحله جوانهزنی ﺑﺬر باشد که این امر موجب ﻛﺎﻫﺶ ﺳﺮﻋﺖ ﺟﻮاﻧﻪزﻧﻲ میشود. ﺑﻪﻃﻮرﻛﻠﻲ ﺑﺬور ﺟﻮاﻧﻪزده در ﻣﺤﻴﻂﻫـﺎﻳﻲ ﻛـﻪ ﺗﺤـﺖ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﺷﺮاﻳﻂ ﺗﻨﺶ ﻫﺴﺘﻨﺪ دارای ﺳﺎﻗﻪﭼـﻪﻫـﺎ و رﻳﺸـﻪﭼـﻪﻫـﺎی ﻛﻮﺗـﺎهﺗﺮ و گیاهچههایی با وزن کمتر و کوچکتر ﻫﺴﺘﻨد (Marashi & Albaji, 2023). با وجود تأثیر منفی تنش خشکی بر رشد گیاهچههای لوبیاچیتی، تیمارکردن بذرها با ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین سبب شده تا در تمام سطوح تنش خشکی بهویژه در شرایط تنش خشکی 12- بار موجب بهبود رشد گیاهچهها و تولید گیاهچههایی با وزن و طول بیشتری در مقایسه با تیمار شاهد شود. ﻳﻜﻲ از ﻋﻮاﻣﻞ ﻣﺆﺛﺮ رشد ﺳﺮﻳﻊﺗﺮ و ﺑﻴﺸـﺗﺮ ﮔﻴﺎﻫﭽﻪ، اﺣﺘﻤﺎﻻً تأثیر ﻣﺜﺒﺖ کاربرد ترکیبات مغذی ﺑﺮ ﺳﺮﻋﺖ ﺟﻮاﻧﻪزﻧﻲ ﺑﺬر است و این موضوع ﺳﺒﺐ اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻮﺳﻌﻪ ﻃﻮل رﻳﺸﻪﭼﻪ و ﺳﺎﻗﻪﭼﻪ در ﺷﺮاﻳﻂ ﺗﻨﺶ خشکی و بدون تنش شد (Afzal, 2009). در بین غلظتهای مختلف ترکیبات مغذی، کاربرد غلظت 100 درصد از ترکیبات مغذی بیشترین تأثیر را در افزایش طول و وزن خشک گیاهچههای لوبیاچیتی در شرایط تنش خشکی و بدون تنش خشکی داشت. غنیسازی بذرهای کدوی پوست کاغذی (Cucurbita pepo) (Sheikhnavaz Jahed et al., 2022) و در بامیه (Abelmoschus esculentus) (Esmaielpour et al., 2020) با ترکیبات مغذی موجب شد تا وزن خشک گیاهچههای افزایش یابد. کاربرد عنصر روی در بذر کنجد نیز، منجر به افزایش سرعت جوانهزنی بذرها شده، بنابراین بالا بودن میزان این ذخایر موجب جوانهزنی سریع و یکنواخت بذر و تولید گیاهچههای قویتر و در نتیجه وزن خشک بیشتر شد (Parsaie et al., 2020). در هنگام جوانـهزنـی مواد غذایی ذخیرهشده در بذر بـه دو قسمت ریشهچه و ساقهچه انتقال مییابد که میزان این انتقال بسته به شرایط محیطی و عوامل ژنتیکی متغیر است کـه میتواند پتانسیل تولید محصول گیاه زراعی را تحت تـأثیر خـود قرار دهد. نسبت طول ساقهچه به طول ریشهچه (ضریب آلومتری) بیانگر نوعی سازوکار تحمّل نسبت به تنشهای محیطی از جمله تنش خشکی است (Ghanbari et al., 2016). ضریب آلومتری که برآیند تقسیم طول ساقهچه بر ریشهچه است، با افزایش سطوح خشکی افزایش یافت که نشان دادند با افزایش سطوح خشکی نسبت کاهش طول ساقهچه به ریشهچه کمتر بود و به عبارت دیگر، تیمار شاهد بالاترین ضریب آلومتری را دارا بود. تأثیر منفی 150 میلیمولار تنش شوری بر ضریب آلومتری در کدوی پوست کاغذی (Sheikhnavaz Jahed et al., 2022) نیز مشاهده شده است که با نتایج این پژوهش مطابقت دارد. اگرچه تنش خشکی این ضریب را کاهش داد، امّا تیمار کردن بذرهای لوبیاچیتی با ترکیبات مغذی حاوی پلیآمین سبب شد تا رشد طولی ریشهچهها بیشتر شود و در نتیجه موجب کاهش ضریب آلومتری شود. شاخصهای طولی و وزنی قدرت گیاهچهها، روشهای برای ارزیابی میزان قدرت بذرها برای جوانهزنی هستند. این شاخصها توسط حاصلضرب وزن خشک یا طول گیاهچه با درصد جوانه زنی، قدرت گیاهچه را نشان میدهند. کاهش شاخصهای طولی و وزنی قدرت گیاهچهها با اعمال تنش خشکی ﺑﻪعلّت کاهش درصد جوانهزنی و همچنین کاهش طول گیاهچهها و یا وزن خشک گیاهچهها در شرایط تنش خشکی باشد که این کاهش هم ﺑﻪعلّت اﺧﺘﻼل در ﻓﻌﺎﻟﻴﺖﻫﺎی ﻣﺆﺛﺮ در رﺷﺪ ﺑﺬر و نیز ﻛﺎﻫﺶ ﺳﺮﻋﺖ ﺟﻮاﻧﻪزﻧﻲ در اﺛﺮ تنش خشکی باشد، ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﻛﺎﻫﺶ ﺟﺬب آب ﺗﻮﺳﻂ ﺑﺬر در اﺛﺮ ﺗﻨﺶ ﺧﺸﻜﻲ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﻛﺎﻫﺶ ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﻓﻴﺰﻳﻮﻟﻮژﻳﻜﻲ و ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﻴﻜﻲ ﺑﺬر ﺷﺪه و در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﻮاد ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز ﺑﺮای رﺷﺪ را ﺑﺎ ﻣﺸﻜﻞ ﻣﻮاﺟﻬﻪ ﺳﺎزد. افزایش غلظت محلول پلیاتیلن گلیکول و همچنین افزایش پتانسیل اسمزی بستر کاشت منجر به کاهش جذب آب توسط بذور شده و همچنین مانع از ادامه فعالیتهای طبیعی گیاهچه میشود (Akhavan Armaki et al., 2013).
آنزیم پراکسیداز در شرایط تنش خشکی با حذف پراکسید هیدروژن و حذف مالوندیآلدئید که سبب پراکسیداسیون غشاء میشود، نقش مهم و کلیدی تحت شرایط تنش خشکی ایفا میکند. آنزیم کاتالاز تجزیه پراکسید هیدروژن به آب و اکسیژن را کاتالیز میکند. این آنزیم در محافظت از سلول در برابر آسیب اکسیداتیو توسط گونههای اکسیژن فعال بسیار مهم است (Radfar et al., 2023). به نظر میرسد گیاهچههایی که دارای سطوح بالاتری از فعالیت آنتیاکسیدانها هستند، تحمّل بیشتری نسبت به آسیبهای اکسیداتیو نشان دادند، زیرا کاربرد عناصر غذایی موجب بهبود سطح فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز میشود، بهطوری که سیستم آنتیاکسیدانی گیاهچهها را تقویت نموده و گیاهچه را نسبت به بروز شرایط تنش، مانند تنش کمبود آب متحملتر میسازد. از سوی دیگر، کمبود این عناصر در گیاهچهها میتواند موجب تولید رادیکالهای آزاد شوند و از سنتز پروتئین و فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز جلوگیری کنند. به طور کلی، عناصر غذایی توسط تأمین کوفاکتورهای ضروری، پایداری ساختار آنزیمها، القای بیان ژنهای آنتیاکسیدانی، و کاهش تشکیل ROS، موجب تقویت سیستم دفاعی آنتیاکسیدانی گیاه و افزایش مقاومت آن در برابر تنشهای محیطی میشوند (Parsaie et al., 2020). همچنین بهنظر میرسد افزایش ﻓﻌﺎﻟﻴﺖﻫﺎی ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﻴﻜﻲ اﻧﺠﺎم ﺷﺪه ﻃﻲ ﻓﺮآﻳﻨﺪ غنیسازی بذر، موجب افزایش فعالیتهای آﻧﺘﻲاﻛﺴﻴﺪانﻫﺎ شده ﻛﻪ ﻧﻘـﺶ ﻣﻬﻤـﻲ در ﻛﺎﻫﺶ اﺛﺮات ﺗﻨﺶ و رﺷﺪ بهتر گیاهچهها را در پی دارد (Afzal, 2009). افزایش محتوای پرولین در شرایط تنش سبب محافظت غشای سلولی، پروتئینها، آنزیمهای سیتوپلاسمی و مهار گونههای فعال اکسیژن و حذف رادیکالهای آزاد میشود (Liang et al., 2013). بنابراین از جمله پاسخهای گیاهان در برابر این تنش، افزایش سطح پرولین و القای فعالیت آنزیمهای ضد اکسیداسیون است. تجمع پرولین در گیاهان تحت تنش به واسطه سنتز پرولین و غیرفعال شدن تخریب آن است. همچنین پژوهش (2013) Allahmoradi et al. در عدس نشان دادند تنش خشکی سبب افزایش معنیداری در محتوای پرولین میشود. همچنین پرولین به عنوان منبع نیتروژن و کربن برای گیاهان تحت تنش شدید عمل میکند و تحمل گیاه در برابر تنش را افزایش میدهد. تنش خشکی با کاهش پتانسیل آب سلولی، سبب فعال شدن مسیرهای متابولیکی مرتبط با سنتز پرولین میشود. به عبارت دیگر، پرولین نقشهای متعددی در افزایش تحمل گیاه با شرایط تنش دارد که میتوان به تنظیم اسمزی و حفظ تعادل آب در سلول، حفاظت از ساختار پروتئینها و غشاهای سلولی در برابر آسیبهای ناشی از خشکی، و خنثیسازی رادیکالهای آزاد بهعنوان یک ترکیب آنتیاکسیدانی اشاره کرد. علاوه بر این، پرولین بهعنوان منبعی از نیتروژن و کربن در زمان رفع تنش مورد استفاده قرار میگیرد و به بازسازی بافتهای گیاهی کمک میکند. بنابراین، افزایش میزان پرولین تحت شرایط تنش خشکی، یکی از سازوکارهای مؤثر در گیاهان برای افزایش تحمل در برابر کمبود آب محسوب میشود (Amini et al., 2015).
نتیجه گیری کلی
نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان دادند وجود تنش خشکی موجب کاهش معنیدار صفات درصد و سرعت جوانهزنی، طول و وزن خشک گیاهچه و افزایش میانگین مدت زمان جوانهزنی شد. اگرچه اعمال تنش خشکی موجب کاهش معنیدار شاخصهای جوانهزنی بذر و رشدی در گیاهچههای لوبیاچیتی شد، امّا غنیسازی بذور با ترکیبات مغذی موجب شد تا درصد و سرعت جوانهزنی و صفات مربوط به رشد گیاهچهها افزایش و میانگین مدت زمان لازم برای جوانهزنی بذرها کاهش یابد. در شرایط وجود و عدم وجود تنش خشکی، میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی و میزان اسیدآمینه پرولین گیاهچههای حاصل از بذرهای تیمار شده با ترکیبات مغذی بیشتر بود. بهنظر میرسد کاربرد ترکیبات مغذی در شرایط وجود تنش خشکی ناشی از پلیاتیلن گلیکول، سبب شده تا گیاهچهها بتوانند شرایط تنش خشکی را بهتر و بیشتر از گیاهچههای حاصل از بذرهای تیمار نشده تحمل کنند و از طرف دیگر عناصر غذایی موجود در ترکیبات مغذی، بهدلیل فراهم کردن شرایط تغذیهای مناسبتر برای گیاهچهها سبب شده تا حتی تحت این شرایط نامساعد گیاهچههای بزرگتر و طویلتری تولید نمایند. با توجه به نتایج این پژوهش میتوان بیان کرد که، غنیسازی بذرهای لوبیاچیتی با غلظتهای مختلف (25 تا 100 درصد) از ترکیبات مغذی سبب شده تا از طریق افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان، تنش اکسیداتیو ناشی از اعمال تنش خشکی کاهش داده و در نتیجه سبب افزایش درصد، سرعت جوانهزنی و رشد بهتر و بیشتر گیاهچههای لوبیاچیتی در شرایط وجود و عدم وجود تنش خشکی شود. در این بین بیشترین تأثیر مثبت و معنیداری در شاخصهای جوانهزنی بذر و صفات بیوشیمیایی گیاهچههای لوبیاچیتی تحت شرایط مساعد و نامساعد محیطی در تیمار کاربرد غلظت 100 درصد از ترکیبات مغذی بهدست آمد. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش، میتوان چشمانداز روشنی برای بهبود جوانهزنی و رشد اولیه لوبیا چیتی در شرایط تنشهای محیطی متصور شد. به نظر میرسد کاربرد ترکیبات مغذی در غلظتهای بهینه، بهویژه در محدودهی ۱۰۰ درصد ترکیبات مغذی، میتواند بهعنوان راهکاری مؤثر برای افزایش تحمل بذر و گیاهچه در برابر تنشهای غیرزیستی نظیر شوری یا خشکی مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه، انجام پژوهشهای تکمیلی بهمنظور شناسایی سازوکارهای فیزیولوژیکی و مولکولی دخیل در روند بهبود و نیز بررسی کارایی این ترکیبات در شرایط مزرعهای واقعی میتواند منجر به باز شدن افقهای جدیدی در مدیریت تغذیه و افزایش پایداری عملکرد لوبیا چیتی شود.
سپاسگزاری
بدین وسیله نویسندگان این مقاله برخود لازم میدانند که از تمامی افرادی که در اجرای پژوهش همکاری داشتند کمال تشکر و قدردانی را نمایند.
)