مقدمه
بهنظر میرسد که در حال حاضر استفاده از گیاهان خانواده بقولات در سیستمهای کشاورزی با نهاده و هزینه اندک، امری ضروری است. از آنجا که بهواسطه توانایی بالقوه تثبیت نیتروژن این گیاهان (Peoples et al., 2009) و افزودن کربن آلی به خاک (Zhang, Wang, Wang, Wang, & Han, 2009)، نقش آنها در توسعه کشاورزی اجتنابناپذیر است (Abberton, 2010). یونجههای یکساله نیز با دارا بودن این توانائی و با توجه به ویژگی خاص خود در تجدید حیات (قابل نفوذ شدن تدریجی پوستههای سخت بذر)، در میان لگومهای یکساله، بیشتر مورد توجه هستند. وجود پوسته سخت بذر در گیاهان خانواده بقولات عامل اصلی خواب بذر محسوب میشود (Heydari Sharif Abad & Torknejad, 2000). عدم نفوذپذیری گیاهان این خانواده نسبت به آب، نتیجه دو عامل است: 1) وجود پوسته بذر که دارای یک لایه سخت و سلولهای اپیدرمی محکم بوده؛ که بهصورت عمود بر پوسته بذر قرار گرفته؛ و نیز وجود ترکیبهای فنلی با مواد آبگریز 2) بسته شدن منافذ طبیعی پوسته بذر شامل سوراخ سفت، بند و ناف (Heydari Sharif Abad & Torknejad, 2000). میزان خواب و جوانهزنی بذر تحت تأثیر عاملهای متعددی از جمله: تعداد لایههای تستا و نوع اپیدرم، فرابر میوه، موقعیت دانه بر روی گیاه، اندازه و وزن دانه، سن گیاه، طول روز، زمان برداشت و ... تغییر میکند (Castro, Lammeren, Groot, Bino, & Hilhorst, 2000; Debeaujion & Koornneef, 2000; Debeaujion, Leon – kloosterziel, & .M, 2000).
از موادیکه برای از بینبردن سختی بذر در یونجههای یکساله بهکار برده میشود، میتوان به نیترات پتاسیم و اسید سولفوریک اشاره نـمود که باعث افزایش درصد جـوانهزنی بـذرهای یونجه یکساله میگردند (Taiz & Zeiger, 1998). وقتی بذور خارج شده از غلاف یونجه یکساله با اسید سولفوریک شستشو داده میشوند، اثری که روی بذر میگذارد این است که سبب حل شدن و از بین رفتن لایه ژلاتینی موجود بر روی بذر میگردد، در نتیجه بذر قادر به جذب آب و به دنبال آن جوانهزنی خواهد شد. البته در این زمینه باید توجه کافی مبذول گردد که نرمالیته اسید سولفوریک و مدت زمان شستشو با اسید مناسب باشد، زیرا اگر به این دو مسئله توجه کافی نشود اسید سولفوریک سبب حل شدن و از بین رفتن بخشهایی از بذر شده و در نتیجه بذر قابلیت حیات خود را از دست میدهد (Radwan, Brahim, Mohamed, & Fakhry 1980).
در گیاهان مرتعی بهویژه در یونجههای یکساله، عاملهای تنظیمکننده جوانهزنی نقش بسیار مهمی در بقای گونه ایفا مینمایند؛ ولی در زمان عملیات اصلاح نباتات و نیز آزمونهای بذری و درنتیجه نیاز به جوانهزنی سریع، این پدیده میتواند محدودیتهایی را ایجاد نماید
(Mirzaei Nedoushan, 2001). در بعضی موارد سختی بذر یکی از مزیتهای مثبت یونجههای یکساله قلمداد میشود؛ چـرا که با این ویژگی، این گونهها بهراحتی میتوانند در محیطهای خشک و دارای بارندگی نامنظم دوام بیاورند؛ و بدون بذرکاری مجدد، سالهای متمادی خودبهخود تکثیر شده و تراکم مناسبی از علوفه نیز در عرصه ایجاد نمایند. از اینرو گونهها و رقمهائی که شکستن سختی بذر در آنها بهکندی انجام میشود، ممکن است قادر باشند که زمان طولانیتری را در خاک دوام آورده و دورههای خشکی متعددی را با موفقیت سپری نمایند
(Mirzaei Nedoushan, 2001). میزان جوانهزنی و قدرت گیاهچه[1] یونجههای یکساله تا حد زیادی تحت تأثیر شرایط محیطی قرار دارد که بذر در آن پرورش یافته است؛ بهگونهایکه در جنوب استرالیا هنگامی که غلاف گونههای مختلف، پس از خشک شدن روی زمین میریزند برای مدت زیادی رطوبت جذب میکنند؛ و نسبت به آنهایی که در اعماق بیشتر خاک قرار دارند، زودتر شروع به جوانهزنی مینمایند (Williams, 1980).
با توجه به اهمیت یونجههای یکساله بهعنوان یکی از اجزای کشاورزی پایدار[2] و وجود سختی بذر در بیش از 90 درصد از آنها (Azizi et al., 2006) ، ضرورت انجام مطالعه و تحقیق در این زمینه احساس گردید؛ و با اجرای این پژوهش در خرمآباد، تأثیر اسید سولفوریک، دما و منشأ بذر بر شکست سختی بذر یونجه یکساله مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها
این تحقیق در سال زراعی 85 – 1384 در دانشکده کشاورزی دانشگاه لرستان واقع درکیلومتر 12 جاده خرمآباد- اندیمشک اجرا گردید. خاک مورد استفاده دارای دو نوع بافت سیلتیرسی و شنی بود. تحقیق بهصورت دو آزمایش اسپلیت – فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با 16 تیمار در چهار تکرار طراحی و انجام شد. عاملهای مورد مطالعه عبارت بودند از: 1– تیمار های اسید (بذور شستشو داده شده با اسید سولفوریک و بذور بدون شستشو با اسید سولفوریک). 2- تیمارهای منشأ بذر (خرمآباد و کرج) و 3- تیمارهای دمایی (پنج، 15، 30، 45 درجه سانتیگراد).
تعین مناسبترین نرمال اسید سولفوریک و مدت زمان مناسب برای شستشو
قبل از آزمایش اصلی ابتدا باید مناسبترین نرمال اسید سولفوریک و زمان شستشو تعیین
میشد. برای تعیین مناسبترین نرمال اسید سولفوریک و مدت زمان فرو بردن بذرها در اسید یک آزمایش مقدماتی صورت گرفت که در آن سه نوع نرمال مختلف اسید شامل 1 نرمال ، 5/1 نرمال و 10/1 نرمال را در پنج زمان متفاوت 1 ، 5 ، 10 ، 15و 20 ثانیه برای هر دو توده بذرهای پرورش یافته در خرمآباد و کرج، به صورت آزمایش فاکتوریل بر پایه بلوکهای کاملا تصادفی و در سه تکرار اجرا گردید و بهترین نتیجه برای آزمایش اصلی مورد استفاده قرار گرفت. مناسبترین نرمـال اسـید سولـفوریک و مـدت زمان فرو بردن بذر در اسـید سولفوریک برای بذر خرمآباد 10/1 نرمال و مدت زمان یک ثانیه و برای بذر کرج 10/1 نرمال و مدت زمان 5 ثانیه تعیین شد.
تعیین سختی بذر اولیه
برای انـدارهگیری درصد سـختی بذر اولیه، تـعداد 100 عدد بذر از بذرهای پرورشیافته در کرج و خرمآباد انتخاب گردید؛ و در بستر مناسب بر روی حوله کاغذی در داخل بشقابک کشت و در داخل ژرمیناتور با دمای 20 درجه سانتیگراد قرار گرفت. بعد از 10 روز تعداد بذرهای جوانهزده شمارش و بذرهایی که هیچگونه آبی جذب نکرده و همچنان بدون جوانهزدن باقی مانده بودند، در شمار بذرهای سخت اولیه محسوب شدند. بدینوسیله درصد سختی بذر اولیه محاسبه شد که برای هر دو توده بذر پرورشیافته در خرمآباد و کرج، 90 درصد تعیین گردید.
در آزمایشگاه بخشی از بذور پرورش یافته در خرمآباد و کرج را پس از فرو بردن در اسید سولفوریک (برای بذور با مننشأ خرمآباد یک ثانیه و برای بذور با منشأ کرج پنج ثانیه) با آب مقطر شستشو داده و پس از ایـنکه با کاغذ صـافی خـشک شدند، در پتری دیشهای 15 سانتیمتری که در کف پتری دیشها دو لایه کاغذ صافی قرار داده شده بود، گذاشته شدند. در هر پتری دیش 100 عدد بذر قرار داده شد. سپس پتری دیشها در انکوباتور در دماهای مورد نظر (5 ، 15 ،30 ، 45 درجه سانتیگراد) قرار داده شدند. بخش دیگری از بذرهای پرورش یافته در خرمآباد و کرج را بدون اینکه با اسید سولفوریک شسته شوند، مانند مراحل بالا در پتریدیشهای 15 سانتیمتری گذاشته و در دماهای مورد نظر (5 ، 15 ،30 ، 45 درجه سانتیگراد) در درون انکوباتور قرار داده شدند. مدت زمانی که بذرها در هر دما در انکوباتور نگهداری شدند یک ماه بود. پس از اتمام مدت زمان تعیین شده بذرها در دمای 25 – 20 درجه سانتیگراد و رطوبت کافی قرار داده شدند تا جوانه بزنند .
به منظور جلوگیری از اثرات نا مطلوب آللوپاتیک بذرها بر روی جوانهزنی یکدیگر، در موقع جوانهزنی، فاصله بذرها سه برابر قطرشان در نظر گرفته شد. پس از ده روز تعداد بذرهای جوانه زده شمارش و طول ریشهچه اندازهگیری گردید. تجزیه واریانس کلیه صفات مورد بررسی به وسیله نرم افزار SAS انجام گرفت. میانگین صفتهای مزبور، با آزمون چنددامنهای دانکن در سطح 1 و 5 درصد مقایسه گردیدند؛ و نمودارها با استفاده از نرمافزار EXCEL طراحی و رسم شدند.
نتایج و بحث
اثر دما، اسید سولفوریک و منشا بذر بر روند شکست سختی بذر یونجه یکساله
Medicago scutellata cv. Robinson
در تجزیه واریانس دادهها اثر متقابل دما، اسید سولفوریک و منشأ بذر بر درصد جوانهزنی اختلاف معنیداری مشـاهده نشد (جدول 1)، اما در مقایـسه میـانگینها در آزمـون دانـکن اختلاف معنیداری در سطح 5 درصد مشاهده شد. بیشترین درصد جوانهزنی مربوط به تیمار شستشو داده شده با اسید سولفوریک، دمای 15 درجه سانتیگراد و منشأ بذر خرمآباد برابر 75/50 درصد میباشد. هر چند که با دو تیمار شستشو داده شده با اسید سولفوریک، دمای 5 درجه سانتیگراد و منشأ بذر خرمآباد و تیمار شستشو داده شده با اسید سولفوریک، دمای 30 درجه سانتیگراد و منشأ بذر خرمآباد به ترتیب معادل 50/48 و 48 درصد در یک گروه میباشند و کمترین درصد جوانهزنی مربوط به تیمار بدون شستشو با اسید سولفوریک، دمای 45 درجه سانتیگراد و منشأ بذر کرج معادل 75/23 میباشد (شکل 1) .
میانگین دماهای مختلف بر درصد جوانهزنی نشان میدهد که با افزایش دما (45 درجه سانتیگراد) درصد جوانهزنی کاهش مییابد ولی سایر دماهای مورد آزمایش (5 ، 15 و 30 درجه سانتیگراد) در یک گروه قرار گرفتهاند (بجز درمورد تیمار بدون شستشو و منشا بذر کرج). پس دلیل کاهش درصد جوانهزنی بذور در دمای 45 درجه سانتیگراد را میتوان به تجزیه مواد اندوختهای بذر و مصرف انرژی تولید شده از آن در طی فرایند تنفس نسبت داد، در نتیجه بذر قادر به تامین انرژی لازم برای جوانهزنی نخواهد بود و یا بر اثر فعل و انفعالات شیمیایی قابلیت حیات خود را از دست میدهد (Zheng–xing, parrish, & Welbaum, 2001). همچنین شرایط محیطی در طول دوره رشد بذور پرورش یافته در کرج نسبت به بذور پرورش یافته در خرم آباد، برای تشکیل لایه ژلاتینی (عامل اصلی سختی پوسته بذر) مناسبتر بوده و در نتیجه سختی بذر نیز افزایش یافته و به تبع درصد جوانهزنی آن نیز کمتر شده است.
دمای بالا (45 درجه سانتیگراد) در مورد هر دو گروه بذور کرج و خرمآباد باعث کاهش درصد جوانهزنی بذر شد و هر دو منشاء بذر در این دما در یک گروه قرار گرفتند. از نتایج مهم دراین آزمایش میتوان به این موضوع اشاره داشت که در هر دمای مورد آزمایش، بذور با منشأ خرمآباد درصد جوانهزنی بذر بیشتری نسبت به بذور با منشأ کرج داشتند. بهعبارتی شرایط اقلیمی خرمآباد به نحوی در تشکیل پوسته بذر اثر گذاشته است که سختی بذر آن بیشتر کاهش مییابد.
شستشوی بذور با اسید سولفوریک باعث افزایش درصد جوانهزنی بذر میگردد (Radwan, et al., 1980) در حین تشکیل بذر در یونجههای یکساله، یک پوسته چوب پنبهای در اطراف بذر تشکیل میشود و زمانی که رطوبت بذر به 8 درصد میرسد رشد این پوسته تکمیل میگردد. همچنین یک لایه ژلاتینی بر روی بذر یونجه یکساله قرار دارد که مانع جوانهزنی آن میشود و فقط زمانی اجازه جوانهزنی به بذر را میدهد که بر اثر بارندگی مناسب و کافی این لایه شسته شود (Bewley & Black, 1994).
وقتی بذور بدون غلاف یونجه یکساله با اسید سولفوریک شستشو داده میشوند سبب حل شدن و از بین رفتن لایه ژلاتینی موجود بر روی بذر میشود در نتیجه بذر قادر به جذب آب و به دنبال آن جوانهزنی خواهد شد. البته در این زمینه باید دقت کافی مبذول گردد که نرمال اسید سولفوریک و مدت زمان شستشو با اسید مناسب باشد، زیرا اگر به این دو مسئله توجه کافی نشود اسید سولفوریک سبب حل شدن و از بین رفتن بخشهایی از بذر شده و در نتیجه بذر قابلیت جوانهزنی یا قابلیت حیات خود را از دست میدهد (Zheng–xing, et al., 2001). تحقیقات نشان داده که شستشوی بذور یونجههای یکساله با اسیدسولفوریک سبب کاهش سختی بذر و افزایش درصد جوانهزنی بذر میگردد. که با نتایج این تحقیق مطابقت دارد (Radwan, et al., 1980; Taiz & Zeiger, 1998).
از آنجا که درصد جوانهزنی در هر دو تیمار شستشو با اسید سولفوریک و عدم شستشو در بذور پرورش یافته درخرمآباد بیشتر از بذور پرورش یافته در کرج میباشد. و با ذکر این موضوع که در آزمایش مقدماتی که برای تعیین مناسبترین نرمالیته اسید سولفوریک و مدت زمان قرار گرفتن بذر در اسید انجام شد، بهترین نتیجه برای بذور پرورش یافته در خرم آباد 10/1 نرمال و مدت زمان یک ثانیه و برای بذور پرورش یافته در کرج 10/1 نرمال و مدت زمان پنج ثانیه بدست آمد، علیرغم اینکه مدت زمان قرار گرفتن بذر در اسید سولفوریک در بذور کرج بیشتر از بذور خرمآباد بود اما با این وجود هنوز هم سختی بذر بذور کرج بیشتر از بذور خرمآباد میباشد.
اثر دماهای مختلف، اسید سولفوریک و منشا بذر بر طول ریشهچهبذور جوانه زده یونجه یکساله
Medicago scutellata cv . Robinson
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که بین اثرات متقابل دما، اسید سولفـوریک و منشأ بذر بر طول ریشهچه اختلاف معنیداری وجود ندارد (جدول 1)، اما در مقایسه میانگینها در آزمون دانکن اختلاف معنیداری در سطح پنج درصـد مشـاهده شــــــد. تیمار دمایی 5 درجه سانتیگراد در هر روش شستشو و منشأ بذر دارای بالاترین طول ریشهچه بود. کمترین طول ریشهچه معادل 9/2 سانتیمتر مربوط به تیمار بدون شستشو با اسید سولفوریک، دمای 45 درجه سانتیگراد، منشأ بذر خرمآباد بود هر چند که با تیمار شستشو با اسید سولفوریک، دمای 45 درجه سانتیگراد، منشاء بذر کرج، تیمار شستشو با اسید سولفوریک، دمای 45 درجه سانتیگراد، منشأ بذر خرمآباد و تیمار بدون شستشو با اسید سولفوریک، دمای 45 درجه سانتیگراد، منشأ بذر کرج به ترتیب معادل 7/3 ، 2/3 و 3 سانتیمتر در یک گروه بود (شکل 2) .
Medicago scutellata cv. Robinso
Azizi و همکاران (2004) نشان دادند که دما بر روی طول ریشهچه و میزان گره بندی و تثبیت نیتروژن یونجههای یکساله اثر میگذارد، بهعبارتی هوای خنک طول ریشهچه، گرهبندی و تثبیت نیتروژن را افزایش میدهد. البته میزان این تأثیر در گونههای مختلف یونجه یکساله متفاوت میباشد، این نتایج با نتایج این تحقیق مطابقت دارد (Azizi, Amini Dehaghi, & Abbasipour, 2004).
بذر در حقیقت گیاهچهای زنده و در حال رشد است و بسیاری از فرایندهای حیاتی از جمله تنفس در آن صورت میگیرد. شدت تنفس نهتنها تحتتأثیر عوامل درونی بذر میباشد، بلکه بهشدت از مجموعه عوامل بیرونی نظیر رطوبت نسبی و دما تأثیر میپذیرد (Hejazi, 1994). هر چه رطوبت نسبی و دمای محیطی که بذر در آن قرار دارد بیشتر باشد، شدت و سرعت تنفس نیز بیشتر میشود. دمای بالا علاوهبر اینکه باعث فعال شدن تعدادی از واکنشهای آنزیمی و متابولیکی و در نتیجه زوال سریع بذر میشود، بلکه باعث مصرف و کاهش مواد اندوختهای بذر شده در نتیجه میزان انرژی و مواد دردسترس جنین بذر کاهش یافته و به تبع تقسیم سلولی و سرعت رشد کم و نهایتاً طول ریشهچه و سایر اندامهای منشأ گرفته از بذر کاهش مییابد (Hejazi, 1994). بنابراین میتوان گفت که بین طول ریشهچه و افزایش دما رابطه عکس وجود دارد، البته این مطلب در محدوده دمایی بالا (45 درجه سانتیگراد) صدق نمیکـند. بهعــبارتی با افزایـش دما ( بالاتر از 45 درجه سانـتیگراد) طول ریشـهچه کاهش مییابد (Wagner & Spira, 1994).
شستشوی بذر یونجههای یکساله با اسید سولفوریک سبب کاهش سختی بذر آنها و افزایش درصد جوانهزنی بذر میگردد (محمود زاده و همکاران، 1382). بر اثـر شـستشوی بـذر با اسید سولفوریـک ضـخامت پوسـته کمـتر ونفوذپذیری آن نسبت به آب وهوا بیشتر میشود. در نتیجه بذر انرژی کمتری را صرف خارج نمودن ریشهچه و ساقهچه از پوسته کرده و به تبع آن میتواند این انرژی را صرف رشد بیشتر ریشهچه و سایر اندامهای گیاهچه نماید (Wagner & Spira, 1994).
بذور یونجه یکساله پرورش یافته در خرمآباد و کرج که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفتند، هر دو در شرایط آبی کشت شده بودند. از آنجا که درصد جوانهزنی و شکست سختی بذر در بذور پرورش یافته در خرمآباد بیشتر است پس میتوان اینگونه نتیجهگیری کرد که شرایط محیطی اعم از حرارت در طول دوره رشد یونجه یکساله پرورش یافته در کرج برای گیاه مطلوبتر بوده است و در نتیجه سختی بذر آن بهتر شکل گرفته و به تبع کمتر شکسته شده است.
نتیجهگیری:
1- شستشوی بذر یونجه یکساله با اسید سولفوریک سبب شکست سختی بذر آن میگردد.
2- نگهداری بذور در دماهای بالا (45 درجه سانتیگراد) قبل از جوانهزنی موجب کاهش تعداد بذور جوانهزده به هنگام جوانهزنی میشود و اکثر بذور قابلیت جوانهزنی یا قابلیت حیات خود را از دست میدهند و جوانهزنی را به شدت کاهش میدهند.
3- طول ریشهچه تحتتأثیر دمایی که بذر قبل از جوانهزنی در آن قرار داشته قرار میگیرد. هر چه دما بیشتر بوده باشد طول ریشهچه به هنگام جوانهزنی کمتر میشود که آن را میتوان به میزان و شدت فعالیتها و تغییرات درون بذر از جمله تنفس نسبت داد.
4- شرایط محیطی (دما، بارندگی، نور و ...) که بذر در آن پرورش یافته است بر روی میزان سختی بذر یونجه یکساله اثر میگذارد. بهنحویکه هر چه این شرایط برای گیاه در طول دوره رشد مساعدتر باشند، سختی بذر بیشتر شده و به تبع شکست سختی بذر درآن کمتر و کندتر میشود.
جدول 1- خلاصه جدول تجزیه واریانس مربوط به تأثیر دماهای مختلف، اسید سولفوریک و منشأ بذر بر روی درصد جوانهزنی و طول ریشهچه یونجه یکسالهMedicago scutellata cv Robinson
|
درجه آزادی
df
|
میانگین مربعات (MS)
|
درصد جوانهزنی
|
طول ریشهچه
|
تغییرات دما
|
3
|
**604/941
|
**0923062/38
|
اسید سولفوریک
|
1
|
**000/576
|
**4410250/3
|
منشأ بذر
|
1
|
**063/1040
|
ns1681/0
|
تغییرات دما . اسید سولفوریک
|
3
|
ns292/32
|
ns3123083/0
|
تغییرات دما . منشأ بذر
|
3
|
**021/88
|
ns0875/0
|
اسید سولفوریک . منشأ بذر
|
1
|
ns000/16
|
ns2782562/0
|
دما . اسید . منشأ بذر
|
3
|
ns042/23
|
ns2754563/0
|
خطای آزمایش
|
48
|
271/14
|
177839/0
|
کل
|
63
|
-
|
-
|
ضریب تغییرات ( cv )
|
|
07/10
|
5/7
|
*، ns و ** بهترتیب: معنیدار، غیرمعنیدار و خیلیمعنیدار
[2]- Sustainable agriculture