اثر پیری کنترل شده بر جوانه زنی، فعالیت بیوشیمیایی و آنزیمی گندم سیاه

به منظور بررسی اثر پیری کنترل شده بر جوانه زنی، فعالیت بیوشیمیایی و آنزیمی گندم سیاه یک آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در آزمایشگاه علوم و تکنولوژی بذر دانشگاه شاهد اجرا شد. تیمارهای آزمایش شامل مدت زمان پیری ۲، ۴ و ۷ روزه و محتوای رطوبت بذر ۱۰، ۲۰ و ۳۰٪ بود. صفاتی از قبیل درصد جوانه زنی، مدت زمان جوانه زنی، هدایت الکتریکی، پراکسیداسیون لیپید و فعالیت آنزیم کاتالاز اندازه گیری شد.

اثر مدت زمان پیری، محتوای رطوبتی بذر و برهمکنش آنها بر صفات فوق آزمایش معنی دار بود. بالاترین میزان جوانه زنی و فعالیت آنزیم کاتالاز در بذرهای پیر شده به مدت ۲ روز با محتوای رطوبتی ۲۰٪ مشاهده شد. مدت زمان جوانه زنی، هدایت الکتریکی و پراکسیداسیون لیپید در بذرهای پیر شده به مدت ۷ روز با محتوای رطوبتی ۳۰٪ به بیشترین مقدار خود رسید.

همچنین،با افزایش محتوای رطوبتی و مدت زمان پیری بذر، سازوکارهای دخیل در پیری بذر افزایش یافته و با تأثیر بر فسفولیپیدهای غشای سلولی افزایش هدایت الکتریکی و پراکسیداسیون لیپید و کاهش جوانه زنی و فعالیت آنزیم کاتالاز مشاهده شد. بنابر این، توصیه می شود برای جلوگیری از زوال بذرهای گندم سیاه در ذخیره سازی طولانی مدت و کوتاه مدت میزان محتوای رطوبتی ٪۱۰ باشد.

اگر در مورد راهنمای دستگاه جوانه زنی بذر میخواهید بخوانید بر روی لینک کلیک نمایید.

اثر پیری کنترل شده بر جوانه زنی، فعالیت بیوشیمیایی و آنزیمی گندم سیاه

گندم سیاه گیاهی یک ساله از تیره علف هفت بند، بومی آمریکاست و در مزارع شمال شرقی و شمال ایالات متحده کشت آن رایج است که به دلیل داشتن پروتئین غیر گلوتنی با ترکیب متعادل اسید آمینه شرایط محیطی نسبت به دیگر محصولات دانه ای کمتر مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، گندم سیاه به شرایط نامطلوب رشد محیطی سازگاری خاصی دارد.

ماندگاری بذر یکی از ویژگی های مهمی است که از دیدگاه بوم شناختی و کشاورزی مورد توجه قرار گرفته است. بذرها بعد از برداشت بدون تردید دچار زوال می شوند و کیفیت اولیه خود را در طول انبارداری از دست می دهند. با پیشرفت تکنولوژی و صنعتی شدن محصولات کشاورزی تولیدی، نیاز به انبار کردن طولانی مدت بذر دیده می شود و هر چند به اندازه کافی به فرایند ذخیره سازی بذر توجه نشده است.

جوانه زنی و رشد گیاهچه یکی از مهمترین مراحل رشد گیاه است که تعیین کننده درجه موفقیت سیستم های زراعی در تولید می باشد که این مراحل به شدت تحت تأثیر کیفیت بذر است. فرایند زوال بذر بیشترین تأثیر را بر کیفیت بذر دارد و به عنوان یک مشکل جدی در بخش کشاورزی مطرح است.

دوره زوال بذر منجر به از دست دادن بنیه بذر، حیات و قابلیت جوانه زنی می شود. با اعمال پیری روی بذرها، بذرهای با کیفیت کم، سریع تر از بذرهای با کیفیت بالا دچار زوال می شوند بنابر این، بذرهای با کیفیت بالا می توانند بهتر سبز شوند و در نهایت گیاهچه های بهتری تولید کنند. چندین تغییر بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی در بذرهای زوال یافته اتفاق می افتد.

نشت گونه های فعال اکسیژن از زنجیره انتقال الكترون میتوکندری در طی دوره زوال بذر به طور ناگهانی افزایش می یابد که به نوبه خود باعث آسیب اکسیداتیو اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، چربی ها می گردد. بر اثر پیری، ماده ژنتیکی تخریب شده و این امر باعث اختلال در نسخه برداری و در نهایت عدم ساخت آنزیم های ضروری مورد نیاز برای مراحل اولیه جوانه زنی نظیر آمیلازها و آنتی اکسیدان ها می گردد.

بدون فعالیت آنزیم ها، ذخایر بذر هیدرولیز نشده و در نتیجه مولکولهای لازم برای ساخت حامل های انرژی مانند ATP قابل دسترس نخواهد بود. کاهش یکپارچگی غشای پلاسمایی، افزایش نشت الکترولیت، تغییر ساختمان مولکولی اسیدهای نوکلئیک و کاهش فعالیت آنزیم ها از مهمترین تغییراتی است که در زمان پیری بذر ایجاد می شود.

تاریخچه

زنا و همکاران (۲۰۱۵) علت اصلی زوال بذرهای یولاف را، افزایش پر اکسیداسیون لیپید و شروع فعالیت های رادیکال های آزاد در میتوکندری گزارش کردند و یادآور شدند تولید رادیکال های آزاد از طریق اکسیداسیون موجب وقوع پدیده پر اکسیداسیون لیپیدی در بذرهای یولاف شد. کنگ و همکاران (۲۰۱۵) گزارش کردند که تجمع گونه های فعال اکسیژن در میتوکندری، کاهش فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت نظیر کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز را به همراه داشت.

گزارش شده که افزایش محتوای رطوبتی بذر در دوره ذخیره سازی بذرهای جاتروفا تجمع گونه فعال اکسیژن و پراکسیداسیون لیپید افزایش یافت و باعث تخریب غشاء سلولی، کاهش فعالیت های ATP در میتوکندری و کاهش جوانه زنی بذرهای زوال یافته شد. مالی و همکاران (۲۰۱۲) نشان دادند تخریب غشاء سلول فاکتور کلیدی در کاهش جوانه زنی و افزایش هدایت الکتریکی بذرهای پیر شده نارون۳ بود.

رزا و همکاران (۲۰۱۸) گزارش کردند که دما و رطوبت مهمترین عوامل تأثیر گذار بر دوره ذخیره سازی بذرهای آشلانتوس نیز بود، به عبارتی زمانی که دما و رطوبت نسبی در محیط ذخیره سازی افزایش یافت فعالیت های بیوشیمیایی، تنفس و اسیدهای چرب افزایش یافت و میزان جوانه زنی بذرهای پیر شده نسبت به شاهد کاهش یافت.

پراور و همکاران (۲۰۱۸) گزارش کردند که با افزایش محتوای رطوبتی و زمان ذخیره سازی میزان جوانه زني، وزن خشک گیاهچه و فعالیت آنزیم کاتالاز کاهش یافت اما محتوای پراکسیداسیون لیپید افزایش یافت. در آزمایشی ذخیره سازی بذرهای کلزا در شرایط دمایی و رطوبتی گزارش شد و نشان دادند که افزایش دما و رطوبت بذر اثر منفی بر قابلیت جوانه زنی و شاخص های بنیه گیاهچه کلزا داشت.

بذر به عنوان واحد بنیادین تکوین از دیر باز مورد توجه بوده است و چیزی بیشتر از ماده مورد کاشت برای گیاهان هستند. سیستم های اکولوژیکی و مناظر طبیعی در سراسر دنیا به بذر وابسته هستند. اما به ندرت پیش می آید که بذرها بلافاصله بعد از برداشت، کاشته شوند و معمولا مدتی را تحت شرایط کنترل شده ذخیره می شوند. ذخیره سازی بذر بذر تا فصل بعدی رشد یا زمان فروش یکی از مراحل مهم در صنعت بذر است.

بنابر این، عدم توجه دقیق و کافی به شرایط ذخیره سازی بذر گندم سیاه می تواند منجر به تنش اکسیداتیو و پر اکسیداسیون لیپید بذرهای ذخیره شده شود که این امر استفاده گسترده از این گیاه را به عنوان بذر صنعتی یا دارویی محدود می سازد. شرایط پیری کنترل شده در بذر گندم سیاه در مطالعات دیگر تاکنون بررسی نشده است. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر شرایط ذخیره سازی کنترل شده بر جوانه زنی، فعالیت بیوشیمیایی و آنزیمی گندم سیاه است.

مواد و روشها نمونه بذری بذرهای گندم سیاه از مزرعه تحقیقاتی شهر کرد با طول جغرافیایی ۵۰ درجه و ۵۱ دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی ۳۲ درجه و ۲۰ دقیقه شمالی و ارتفاع ۲۰۱۶ / ۴ متر از سطح دریا تهیه شد. تعیین محتوای رطوبتی بذر با استفاده از روش ایستا[4] انجام گرفت. مقدار 4/5 گرم از نمونه بذر در شرایط دمایی ۱۳۳ – ۱۳۰ درجه سلسیوس به مدت 1 ساعت نگهداری و خشک شد.

سپس بذرها به مدت ۳۰-۴۰ دقیقه در دمای ۲۵ درجه سلسیوس نگهداری و در نهایت نمونه بذری دوباره توزین و محتوای رطوبتی آن اندازه گیری شد. ابتدا رطوبت بذرها تا ۱۰، ۲۰ و ۳۰٪ افزایش داده شد. برای این منظور، از نمونه بذری سه تکرار به تعداد ۴۰۰ بذر به طور تصادفی شمارش و جدا شده و سپس مقدار آب لازم برای رسیدن به هر یک از سطوح رطوبت بذر مورد نظر محاسبه شد.

اگر در مورد راهنمای دستگاه جوانه زنی بذر میخواهید بخوانید بر روی لینک کلیک نمایید.

معادله 1)

بعد از تنظیم رطوبت بذر، پاکت های آلومینیومی سربسته برای ایجاد فرسودگی در بذرها، به مدت ۲، ۴ و ۷ روز در ظروف پتری سترون در آون با دمای ۴۰ درجه سلسیوس قرار گرفتند. به هر ظرف پتری حدود ۱۰ میلی لیتر آب مقطر سترون افزوده شد. بذرها در دمای ۱۰ درجه سلسیوس، ۱۶ ساعت روشنایی و هشت ساعت تاریکی و ۷۵٪ رطوبت نسبی هوا برای جوانه زنی در ژرمیناتور قرار داده شدند. طول دوره جوانه زنی ۱۴ روز در نظر گرفته شد. در هر تیمار، ۲۵ بذر داخل ظرف های پتری روی کاغذ واتمن شماره ۱ قرار داده شد. برای محاسبه درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی و متوسط زمان جوانه زنی از نرم افزار Germin استفاده شد.

جهت انجام آزمون هدایت الکتریکی، از هر تیمار سه تکرار ۱۰۰ بذری به تصادف انتخاب گردید. ابتدا وزن نمونه ها اندازه گیری و سپس نمونه ها به صورت جداگانه داخل ظروف در بسته با فویل آلومینیومی حاوی ۱۰۰ میلی لیتر آب دو بار تقطير به مدت ۲۴ ساعت غوطه ور شدند و یک ظرف محتوی آب دو بار تقطير بدون بذر نیز به عنوان شاخصی از کیفیت آب (شاهد) در نظر گرفته شد.

۲۴ ساعت قبل از انجام آزمایش ظروف محتوی آب دو بار تقطیر شده در دمای ۲۰ درجه سلسیوس قرار داده شد تا از لحاظ دما به تعادل برسند. بعد از مدت ۲۴ ساعت با استفاده از دستگاه هدایت سنج، هدایت الکتریکی بر حسب میکرو زیمنس بر سانتی متر بر گرم هر ظرف اندازه گیری شد. سپس جهت تعیین میزان هدایت الکتریکی هر گرم نمونه بذر با استفاده از فرمول هدایت الکتریکی تعیین شد که به صورت عدد خوانده شده از دستگاه تقسیم بر وزن خشک ۱۰۰ به منظور برآورد میزان پراکسیداسیون لیپید، میزان تولید مالون دي آلدئيد در كل بذر اندازه گیری شد تا عملکرد سلولها از نظر پر اکسیداسیون لیپید بررسی شود.

تحریریه نور صنعت فردوس