بررسی واکنش زوفا ) Hyssopus officinalis ( به سطوح تنش شوری )کلریدسدیم( و آب دریاچه ارومیه در مرحله جوانه زنی و گیاهچه

مقدمه

حدود 900 میلیون هکتار از اراضی دنیا با مشکل شوری مواجه هستند که حدود 3 برابر اراضی زراعی دنیا می باشد (پسرکلی،1999). ایران نیز با اقلیم گرم و خشک داراری حدود 27 میلیون هکتار خاک های شور و سدیمی است (رضوانی‌مقدم و کوچکی، 2001).پاسخ گیاهان به شوری، بسیار پیچیده است. این پاسخ از غلظت نمک، نوع یونها، عوامل مختلف محیطی و مرحله‌رشد و نمو گیاه تأثیر می‌پذیرد. از یک سو، تنش‌اسمزی تحت شرایط شوری باعث آبگیری بافت‌های گیاهی می‌شود که آن را خشکی فیزیولوژیک می‌نامند. از سوی‌دیگر، مسمومیت یونی در اثر تجمع یون‌های خاص بویژه سدیم ایجاد می‌گردد که موجب اختلال در واکنش‌های متابولیک گیاه می‌شوند. برای مقابله با این تنش‌ها، در شرایط شوری کم و ملایم گیاهان با افزایش غلظت مواد محلول، فشار اسمزی داخلی خود را حفظ می‌نمایند. در مورد محصولات زراعی، میزان کاهش عملکرد و رشد گیاه در شرایط شور نسبت به شرایط غیرشور به عنوان معیاری برای سنجش میزان تحمل به شوری بکار می‌رود (پسرکلی، 1999).اگرچه گیاهان ممکن است هیچ علامتی برای کمبود آب و یا مواد غذایی و یا واکنش‌های متابولیکی در شوری‌های ملایم و کم از خود بروز ندهند ولی انرژی اضافی که صرف بقای گیاه در این شرایط می‌گردد باعث محدود شدن محصولات فتوسنتزی لازم برای رشد گیاه می‌گردد (گیل و زرونی، 1985). مرحله‌ای از رشد که در آن میزان تحمل اندازه‌گیری می‌شود نیز بایستی مورد توجه قرار گیرد. برای مثال، گیاهان چغندرقند، جو و پنبه در دوره رشد رویشی و گلدهی متحمل به تنش شوری هستند، ولی دوره جوانه‌زنی و یا ابتدای مراحل گیاهچه‌ای آنها حساس به شوری می‌باشد (پسرکلی، 1999). در عوض ذرت، نخود و لوبیا در مراحل انتهایی رشد حساس‌تر بوده و در مراحل ابتدائی تحمل بیشتری نشان می‌دهند. در این گیاهان، انتخاب بر اساس آزمون جوانه‌زنی روش قابل‌اطمینانی برای تحمل به شوری در دیگر مراحل رشد نمی‌باشد (دوی، 1962). حساسیت به شوری در گندم‌های دوروم و نان با افزایش سن گیاه کاهش می‌یابد. این بدان معنی است که مراحل جوانه زنی و اوایل رشد رویشی در تحمل به شوری تعیین کننده می‌باشد (فرانکیز و همکاران، 1986 و رضوانی‌مقدم و کوچکی، 2001). بررسی اثر شوری بر سرعت و درصد جوانه‌زنی و همچنین رشد ریشه‌چه و ساقه‌چه در بسیاری از گیاهان زراعی نشان داده است که تنش شوری در مرحله جوانه‌زنی یک آزمون قابل اطمینان در ارزیابی تحمل بسیاری از گونه‌ها است. زیرا شوری باعث کاهش درصد و سرعت جوانه‌زنی و همچنین کاهش رشد ریشه‌چه و ساقه‌چه می‌گردد (فاریدا، 1996؛ غلام و فارس، 2001 و مونز، 2002). گزارشات متفاوتی از واکنش رشد گیاهچه در برابر شوری وجود دارد. درحالیکه حاجیلویی (1377) و رجبی (1380) کاهش طول ساقه‌چه و ریشه‌چه گندم را در اثر شوری گزارش کرده‌اند. ولی محبتی (1380) افزایش معنی‌داری را در طول ساقه‌چه گندم در اثر شوری مشاهده نموده است. به این ترتیب که‌نسبت طول ریشه به طول ساقه از 50 تا 150 میلی‌مولار شوری اندکی کاهش یافته و سپس به مقدار نسبتا ثابتی می‌رسد. در مقابل نسبت وزن ریشه به وزن ساقه در ارقام مختلف گندم تحت تنش شوری افزایش می یابد (قوامی و همکاران، 1383). زوفا گیاهی خشبی و چندساله متعلق به تیره نعنائیان، در درمان بیماری های سیاه سرفه، برونشیت، آسم، اگزما و زخم های جلدی کاربرد دارد. اسانس زوفا دارای خاصیت ضدباکتریایی، ضدقارچی، ضدویروسی به ویژه ویروس ایدز بوده و در صنایع غذایی، آرایشی و بهداشتی کاربرد فراوان دارد (امیدبیگی، 1379 ؛ کریس و همکاران، 1990؛ آمباستا و همکاران، 1992). مقدار اسانس در زوفا بین 3/0 تا 1 درصد و ترکبیهای اصلی تشکیل دهنده آن پینوکامفن (Pinocamphene)، آلفا و بتا- پینن (and βPineneα)، کامفن (Camphene)، دیوزمین (Diosmin) و هیسوپین (Hyssopin) است (امیدبیگی، 1379). برزگر (1387) با اعمال سطوح شوری صفر، 3-، 6- و 9- بار از کلریدسدیم، گزارش کرد که علیرغم عدم تأثیر شوری روی درصد نهایی جوانه زنی بذرهای زوفا، این محدوده از غلظت نمک سرعت جوانه زنی و طول ریشه چه را به طور معنی دار تحت تأثیر قرار داد. این نتایج نشان داد که طول ریشه چه تا سطح شوری 3- بار تحت تأثیر غلظت نمک قرار نداشت ولی در شوری 6- بار و بالاتر طول ریشه چه به شدت کاهش یافت. سرعت جوانه زنی زوفا در غلظت های پایین تر (3- بار) نسبت به شاهد افزایش یافت، ولی شوری بالاتر از آن موجب کاهش سرعت جوانه زنی شد (برزگر، 1387). پیرزاد و همکاران (1389) اثر شوری ناشی از آب دریاچه ارومیه را روی درصد، سرعت و شاخص جوانه زنی، زمان 50درصد جوانه زنی، کاهش درصد جوانه زنی، طول ساقه چه، طول ریشه چه و وزن گیاهچه زوفا معنی دار گزارش کردند. آنها شروع کاهش در ویژگی های جوانه زنی را در غلظت های پایین تر از سطوح شوری لازم برای کاهش رشد گیاهچه (طول ساقه چه و ریشه چه) مشاهده کردند (پیرزاد و همکاران، 1389).

هدف از این پژوهش، بررسی جوانه‌زنی و رشدگیاهچه تحت‌سطوح مختلف‌شوری ناشی از کلریدسدیم و آب‌دریاچه‌ارومیه و پیدا کردن غلظت‌نمک و میزان‌شوری که جوانه‌زنی و رشدگیاهچه در مرحله هتروتروف را متوقف می‌نماید. دلیل انتخاب آب دریاچه ارومیه، ترکیب نمک‌های مشابه آبهای ورودی به دریاچه از حوزه‌های آبریز اطراف آن می باشد. در این‌بررسی، شاخص‌های مربوط به جوانه‌زنی و رشدگیاهچه مورد ارزیابی قرارگرفته است.

مواد و روش ها

برای بررسی جوانه زنی و رشد گیاهچه در مرحله هتروتروف در گیاه زوفا، آزمایشی به صورت بلوک های کامل تصادفی با 4 تکرار و در سطوح شوری 0 ، 4 ، 8 ، 12 ، 16 و 20 دسی زیمنس برمتر کلریدسدیم و آب دریاچه ارومیه، در دانشگاه ارومیه اجرا گردید. کاتیون‌های اصلی آب‌دریاچه‌ارومیه شامل سدیم، پتاسیم، کلسیم، لیتیم و منیزیم و آنیون‌های‌اصلی آن شامل کلر، سولفات و کربنات می‌باشند. غلظت‌سدیم و کلر دریاچه 4 برابر آب دریاهاست (امامی فر و محبی، 2007). محتوای یون های آب دریاچه ارومیه در جدول 1 ارایه شده است.

بذور پس از ضدعفونی با محلول 5% هیپوکلرید سدیم تجاری به مدت 5 دقیقه، با آب مقطر استریل شستشو داده شدند. به هر ظرف پتری 3 میلی لیتر از محلول آب نمک (یا آب مقطر برای تیمار شاهد) با غلظت موردنظر اضافه گردید و تعداد 100 عدد بذر در هر پتری بر روی کاغذهای صافی استریل کشت گردید. ظروف پتری در دمای 25 درجه سانتی گراد در اتاقک کشت به مدت 9 روز قرار داده شدند و تعداد بذور جوانه زده هر روز شمارش گردید. تعداد 15عدد از بذرهای جوانه زده در هر تکرار به یک ظرف بزرگ منتقل شده و در پایان جوانه زنی طول ریشه چه، طول ساقه چه و وزن تر و وزن خشک (پس از قرار دادن در آون 70 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت)گیاهچه ها اندازه گیری شدند.برای محاسبه درصد جوانه زنی از فرمول زیر استفاده شد (الیس و روبرت، 1981):PG= (Ni/N)*100

که در آن PG درصد جوانه زنی، Ni تعداد بذر جوانه زده تا روز i و N تعداد کل بذر می باشد.متوسط سرعت جوانه زنی نیز از تقسیم تعداد بذور جوانه زده تا روز nام بر n (شمار روز های مورد نظر پس از شروع آزمایش) بدست آمد (الیس و روبرت، 1981).سرعت جوانه زنی نسبی بذور در روز از طریق فرمول ارایه شده توسط ماگوئیر (1962) بدست آمد:= X1/Y1+ (X2-X1)/Y+…….+ (Xn-Xn-1)/Yn سرعت جوانه زنی

که در آن Xn درصد بذور جوانه زده در شمارش nام و Yn تعداد روز از ابتدای کشت تا زمان شمارش nام است.

برای بدست آوردن میزان کاهش جوانه زنی، از فرمول زیر استفاده شد:

100*(تعداد بذر جوانه زده درشرایط شاهد/ تعداد بذر جوانه زده درشرایط شوری)– 1= کاهش درصد جوانه زنی

تجزیه آماری داده ها با توجه به امید ریاضی و براساس مدل طرح پایه و با استفاده از نرم افزار MSTATC و مقایسه میانگین ها براساس آزمون SNK انجام گردید.

نتایج و بحث

کلریدسدیم

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده ها نشان داد که کلریدسدیم اثر معنی داری (01/0 P<) روی درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، شاخص جوانه زنی و طول ریشه چه دارد. این اثر روی کاهش درصد جوانه زنی و نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه در سطح احتمال 5درصد معنی دار شد. زمان تا 50 درصد جوانه زنی و طول ساقه چه، وزن تر گیاهچه و وزن خشک گیاهچه تحت تأثیر معنی دار کلریدسدیم قرار نگرفتند (جدول2).مقایسه میانگین داده ها کمترین درصد جوانه زنی (13 درصد) و سرعت جوانه زنی (4/1 جوانه در روز) را در شوری 20 دسی زیمنس برمتر نشان داد. درحالیکه سطوح شوری 4، 8، 12 و 16 دسی زیمنس برمتر تفاوت معنی‌داری با شاهد از نظر درصد جوانه زنی (70 درصد) و سرعت جوانه زنی (7/7 جوانه در روز) نداشتند.بالاترین شاخص جوانه زنی (23) مربوط به تیمار 8 دسی زیمنس برمتر بود که با شوری های صفر، 4 و 12 دسی زیمنس برمتر تفاوت معنی دار نداشت. ولی با افزایش بیشتر غلظت کلریدسدیم شاخص جوانه‌زنی در شوری های 16 و 20 دسی زیمنس برمتر با افت معنی‌دار روبرو شده و در 20 دسی زیمنس بر متر به حداقل (2) رسید.بیشترین کاهش درصد جوانه‌زنی نسبت به شاهد (79درصد) در شوری 20 دسی زیمنس برمتر مشاهده شد. در حالیکه تیمارهای 4، 8، 12 و 16 دسی‌زیمنس برمتر  با حداکثر 10 درصد کاهش جوانه زنی، افت معنی‌داری نسبت به شاهد نداشتند (شکل1).

با توجه به اینکه تعداد کمی از بذرها در شوری 20 دسی زیمنس برمتر جوانه زدند، تعداد و اندازه گیاهچه مورد نیاز برای ادامه مطالعه روی گیاهچه فراهم نگردید. بنابراین زمان تا 50درصد جوانه زنی، طول ساقه چه، طول ریشه چه، نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه، وزن تر گیاهچه و وزن خشک گیاهچه در آخرین سطح شوری (20 دسی زیمنس برمتر) اندازه گیری نشدند. زمان لازم برای 50 درصد جوانه زنی، طول ساقه چه، وزن تر و خشک گیاهچه در کلیه سطوح نمک با شاهد ازنظر آماری به ترتیب با میانگین کل 97 ساعت، 8/1 سانتی متر، 067/0 و 006/0 گرم یکسان بودند.بیشترین طول ریشه چه (4/1 سانتی متر) مربوط به تیمار شاهد بود که تفاوت معنی داری با شوری 4 دسی زیمنس برمتر نداشت و کمترین طول ریشه چه (7/0 سانتی متر) از شوری 16 دسی زیمنس برمتر بدست آمد که از نظر  آماری با شوری های 8 و 12 دسی زیمنس برمتر یکسان بود. علیرغم معنی دار شدن اثر کلریدسدیم بر نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه (044/0P=)، مقایسه میانگین ها اختلاف معنی داری بین تیمارها از نظر این نسبت با میانگین کل 9/1  نشان نداد (جدول2 و شکل1).

درصد جوانه زنی بذور زوفا فقط در شوری 20 دسی زیمنس برمتر کلریدسدیم کاهش نشان داده است. شاخص جوانه زنی که نشان دهنده سرعت نسبی جوانه زنی می باشد، با به درنظر گرفتن سرعت در طول دوره مورد مطالعه نسبت به سرعت متوسط و درصد نهایی جوانه زنی حساسیت زیادی در آشکارنمودن تفاوت ها دارد، به طوریکه افت معنی دار در غلظت های کمتر از 20 دسی زیمنس برمتر شروع شده است. با وجود عدم تفاوت تا غلظت 16 دسی زیمنس برمتر، در شوری 20 دسی زیمنس برمتر کلریدسدیم با درصد جوانه زنی کمتر از 13درصد، گیاهچه ها توانایی رشد و استقرار نداشتند. بنابراین مطالعات رشد گیاهچه فقط تا سطح 16 دسی زیمنس برمتر ارایه شده است. البته در این محدوده از شدت تنش گیاهچه ها از نظر طول و وزن رشد یکسانی داشته اند. به نظر می رسد زوفا تا سطح 16 دسی زیمنس برمتر از ورود نمک به داخل ساختمان سلول های جنین جلوگیری کرده و این سلول ها در معرض نمک قرار نمی گیرند. ولی با افزایش بیشتر غلظت نمک و ورود آن به داخل سلول های بذر، فعالیت آن ها شدیدا مختل شده و رشد متوقف می شود.

آب دریاچه ارومیه

درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، شاخص جوانه زنی، کاهش درصد جوانه زنی، زمان تا 50درصد جوانه زنی، طول ساقه چه، طول ریشه چه و نسبت طول ساقه چه به طول ریشه چه، وزن تر گیاهچه و وزن خشک گیاهچه تحت تأثیر معنی دار (01/0 P<) آب دریاچه ارومیه قرار گرفتند(جدول3). بیشترین درصد (70درصد) و سرعت (8/7 جوانه در روز) جوانه زنی از شوری 8 دسی زیمنس برمتر آب دریاچه، که تفاوت معنی داری با سطوح شوری صفر، 4، 12 و 16 دسی زیمنس برمتر نداشت بدست آمد. کمترین درصد (54 درصد) و سرعت (6 جوانه در روز) جوانه زنی از شوری 20 دسی زیمنس برمتر حاصل گردید که با 16 دسی زیمنس برمتر از این نظر اختلاف معنی‌داری نداشت.بالاترین شاخص جوانه زنی (23) مربوط به تیمار 8 دسی زیمنس برمتر بود که از نظر آماری با غلظت های صفر و 4 دسی زیمنس برمتر یکسان بود. با افزایش بیشتر شوری شاخص جوانه زنی کاهش یافته و در 20 دسی زیمنس برمتر به حداقل (11) رسید.کمترین زمان لازم برای جوانه زنی 50 درصد بذرهای زوفا (81 ساعت) در شوری 8 دسی زیمنس برمتر مشاهده شد که با شاهد و غلظت 4 دسی زیمنس برمتر تفاوت معنی دار نداشت. با غلیظتر شدن بیشتر آب دریاچه زمان لازم برای جوانه زنی نصف بذور مورد آزمایش بطور معنی دار افزایش یافت و در غلظت 20 دسی زیمنس برمتر به بیش از 2 برابر شاهد (162 ساعت) رسید.زمان لازم تا 50درصد جوانه‌زنی به نوعی نشان دهنده جوانه‌زنی سریع و گذشتن از مرز ریسک پذیری جوانه‌زنی است. بطوریکه اطمینان از حداقل جوانه زنی نصف بذور را خواهیم داشت. بیشترین کاهش درصد جوانه زنی (22درصد) از غلیظترین آب دریاچه (20دسی‌زیمنس برمتر) بدست آمد که با شوری 16 دسی زیمنس برمتر یکسان بود. سایر سطوح شوری حاصل از آب دریاچه کاهش معنی‌داری نسبت به شاهد نشان ندادند.بیشترین طول ساقه چه (7/2 سانتی متر) از شوری 4 دسی زیمنس برمتر بدست آمد و با هرگونه کاهش و افزایش شوری طول ساقه چه بطور معنی دار کاهش یافته و در 20دسی زیمنس برمتر به حداقل (6/0 سانتی متر) رسید.بیشترین طول ریشه چه در تیمار شاهد و شوری 4 دسی زیمنس برمتر (4/1 سانتی متر) مشاهده گردید. در شوری های بالاتر از 4 دسی زیمنس برمتر طول ریشه چه به شدت کاهش یافته و در شوری 20 دسی زیمنس برمتر به حداقل مقدار خود (3/0 سانتی متر) رسید.اینکه روند تغییرات طول ساقه چه و طول ریشه چه تحت سطوح مختلف شوری ناشی از آب دریاچه ارومیه یکسان بوده و فقط کاهش معنی‌دار طول ساقه‌چه علیرغم عدم تغییر در طول ریشه چه در تیمار شاهد باعث تولید کمترین نسبت در غلظت صفر شده است.بیشترین وزن تر (088/0 گرم) و خشک (0077/0 گرم) گیاهچه از شوری 16 دسی زیمنس برمتر و کمترین وزن تر (064/0 گرم) و خشک (0057 گرم) گیاهچه از تیمار شاهد بدست آمد. سطوح بالای شوری حاصل از آب دریاچه وزن بیشتر گیاهچه را در مقایسه با شاهد و شوری ملایم تر (4 دسی زیمنس برمتر) تولید کردند (شکل2).

با اعمال شوری ناشی از آب دریاچه ارومیه، جوانه زنی با افت اندک در 16 دسی زیمنس برمتر، کاهش معنی داری در 20 دسی زیمنس برمتر نشان می دهد. این کاهش در شاخص جوانه زنی از 12 دسی زیمنس برمتر شروع می شود. در شوری ناشی از آب دریاچه، برخلاف کلریدسدیم، جوانه زنی به بیش از نصف کل بذور می رسد، ولی زمان زیادی طول می کشد تا تعداد جوانه ها از 50درصد بیشتر شود. در رشد گیاهچه نیز ازنظر رشد طولی، طویل ترین گیاهچه ها (ساقه چه و ریشه چه) در شوری 4 دسی زیمنس برمتر بدست آمده است و با افزایش غلظت طول گیاهچه شدیدا کاهش یافت. اما نکته جالب توجه، کاهش طول ساقه چه و ریشه در شاهد نسبت به شوری 4 دسی‌زیمنس برمتر می باشد که به نظر می رسد سایر ترکیبات مفید نظیر کلسیم و منیزیم و عدم سمیت کلریدسدیم در غلظت های کمتر به رشد طولی گیاهچه کمک نموده است. این امر در افزایش وزن گیاهچه مشهودتر بوده، به طوریکه در غلظت های بالاتر نمک باعث شده است بالاترین وزن گیاهچه در غلظت های بالاتر آب دریاچه نسبت به شاهد بدست آید. در نگاه اول این امر مفید به نظر میرسد، ولی کاهش شدید رشد طولی گیاهچه در غلظت های بالاتر تأثیر مثبت آن را در رشد (افزایش وزن) زیر سؤال برده است. بنابراین بهترین غلظت نمک حالتی است که باعث افزایش همزمان رشد طولی و وزن گیاهچه شود. 

به طورکلی بیشتر مطالعات کاهش درصد، سرعت و قدرت جوانه زنی، طول ریشه چه و ساقه چه و وزن گیاهچه را در محیط های شور تأیید می کنند (شکاری، 1379؛ غلام و فارس، 2001؛فاریدا، 1996؛ مونز، 2002). هرچند واکنش رشد گیاهچه به شوری متفاوت و گاه متناقض است (حاجیلویی، 1377؛ رجبی، 1380؛ محبتی، 1380؛ قوامی و همکاران، 1383)ولی رشد گیاهچه تحت تأثیر محیط های شور کاهش یافته و در این میان رشد ریشه چه بیشتر از ساقه چه محدود می گردد (امین پور و آقایی، 1377؛ شکاری، 1379).