روش‌های ارتقاء جوانه‌زنی بذر
از سایر روش‌های موجود در ارتقاء جوانه‌زنی بذر میتوان به تیمارهای شیمیایی، مایه‌زنی بذر با ریزسازواره‌های مفید و پوشش‌دار کردن بذر نام برد. پیش تیمار بذر یک روش فیزیولوژیکی است که از طریق کنترل آبگیری و خشک‌کردن به منظور تقویت فرایند متابولیک قبل از جوانه‌زنی به منظور افزایش سریع جوانه‌زنی استفاده می‌شود. این روش به عنوان یکی از فناوری‌های اقتصادی و مقرون به صرفه برای کشاورزان جهت توسعه یکنواخت بذر برنج در خزانه است.
از دیگر مزایای این روش میتوان به جذب مؤثر مواد غذایی، بهبود کارایی مصرف آب، زودرسی و افزایش عملکرد دانه اشاره کرد. با این حال، عوامل مختلفی در شکل‌گیری مؤثرتر پیش تیمار بذر برنج دخیل می‌باشند که از آن جمله میتوان به نوع رقم، مدت زمان پیش تیمار، دما، نوع و غلظت ترکیبات و شرایط نگهداری بذرهای تیمار شده اشاره کرد. به کارگیری ترکیبات مختلف به عنوان پیش تیمار بذر برنج می‌تواند کارکردهای متفاوتی را از خود نشان دهد. به طوریکه کاربرد نمک‌های معدنی مانند نیترات پتاسیم و کلرید پتاسیم علاوه بر اینکه موجب افزایش درصد و سرعت سبز شدن بذر برنج می‌شود، کلرید پتاسیم سبب افزایش محتوای نشاسته و پروتئین دانه و نیترات پتاسیم نیز در افزایش اندازه دانه مؤثرتر است.
ترکیبات دیگر مانند اسید جیبرلیک و یا سیتوکنین نیز در شکستن خواب بذر برنج مناسب‌اند. پیش تیمار بذر برنج با ایجاد مجموعه‌ای از تغییرات شیمیایی مانند فعال‌سازی آنزیم، تغییر ساختار مهارکننده‌های جوانه‌زنی و ترمیم صدمات سلولی باعث تقویت جوانه‌زنی می‌شود. این پدیده موجب تغییر ماهیت بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی جنین بذر از طریق آزادسازی مواد ذخیره‌ای در مرحله دوم جوانه‌زنی می‌شود که نتیجه آن افزایش تولید آنزیم‌های هیدرولیتیک است. این مواد با ساخت ترکیبات شیمیایی پر انرژی در افزایش قابلیت جوانه‌زنی گیاهچه برنج اثرگذاراند. بنابراین اثرات مثبت پیش تیمار بذر را میتوان به پدیده‌های بیوشیمیایی مانند بهبود سیستم دفاع آنتی‌اکسیدانی و ترمیم فعالیت‌های متابولیکی از طریق سنتز پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) نسبت داد.
پیش تیمار بذر
پس از کاشت، بذرها برای مدت معینی در خاک باقی می‌مانند تا آب و برخی مواد مغذی ضروری برای رشد را جذب نمایند. پیش تیمار بذر روشی است که با کاهش این مدت زمان، سبب افزایش سرعت و یکنواختی جوانه‌زنی می‌شود. علاوه بر آبگیری بذر، پیش تیمار حساسیت بذر را نسبت به عوامل محیطی خارجی کاهش می‌دهد. پیش تیمار بذر سبب تقویت مراحل جوانه‌زنی مانند آبگیری، جوانه‌زنی و رشد می‌شود. در مرحله آبگیری بذر، جذب آب صورت گرفته و سنتز پروتئین و فعالیت‌های تنفسی از طریق پیام‌رسان mRNA افزایش می‌یابد. مرحله دوم مربوط به شروع فعالیت‌های فیزیولوژیکی جوانه‌زنی مانند ساخت پروتئین و میتوکندری و تغییر میزان قندهای محلول است.
جوانه‌زنی بذر شامل سه مرحله می‌باشد. مرحله اول جذب آب یا آبگیری است که بذر به سرعت آب جذب کرده و پوشش بذر متورم می‌شود. مرحله دوم فاز تأخیر است که در این مرحله فرایندهای فیزیولوژیکی داخل بذر شروع به فعالیت می‌کند و مرحله سوم نیز شامل ظهور ریشه‌چه و ساقه‌چه است. اما جوانه‌زنی بذر تحت پیش تیمار به این شکل است که دو مرحله اول جوانه‌زنی صورت انجام می‌پذیرد و بذرها بعد از کاشت به واسطه گذراندن این دو مرحله، جوانه‌زنی به سرعت و به طور یکنواخت انجام می‌پذیرد. از مهمترین فاکتورها طی پدیده پیش تیمار بذر میتوان به کنترل جذب آب طی مرحله دوم جوانه‌زنی یعنی قبل از سبز شدن و خروج ریشه‌چه از پوسته بذر اشاره کرد. مرحله دوم جوانه‌زنی نسبت به مرحله سوم به عوامل محیطی بسیار حساس‌تر است؛ بنابراین، بذرهای پیش تیمار شده که مرحله دوم جوانه‌زنی را با موفقیت پشت سر می‌گذارند، می‌توانند تحت شرایط محیطی مختلف نسبت به بذرهای بدون پیش تیمار جوانه‌زنی بهتری داشته باشند.
استفاده از روش پیش تیمار بذر می‌تواند یکی از روش‌های مؤثر در افزایش کیفیت بذر برنج در شرایط نامساعد محیطی باشد. پیش تیمار بذر روش برای پیش‌جوانه‌زنی است که باعث جوانه‌زنی سریع، همزمان و یکنواخت بذرها می‌شود. پیش تیمار بذر، دوره کاشت تا استقرار گیاهچه را کوتاه کرده و صدمات ناشی از قرارگیری بذرها در شرایط محیطی نامساعد را کاهش می‌دهد. این روش با محدود کردن آبگیری بذر به وسیله محلول‌های اُسمزی باعث توسعه‌ی مرحله انتقال می‌شود. در این تئوری پیش تیمار باعث از بین رفتن موانع جوانه‌زنی شده و جوانه‌زنی بذر سریع‌تر و همزمان صورت می‌گیرد. این روش شامل فرایندهایی است که بذر آب جذب کرده و پس از خشک کردن بذرها، آن‌ها را برای مدت تعیین شده در محیطی با دما خاص قرار می‌دهند. فرایند پیش تیمار بذر همچنین بر یکنواختی سبز شدن و در نتیجه استقرار مطلوب گیاهان زراعی در مزرعه تأثیرگذار است. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که پیش تیمار شامل کنترل جذب آب و خشک شدن مجدد بذر است که باعث تغییرات بیوشیمیایی در درون بذر به هنگام جذب آب و همچنین بعد از کاشت می‌شود. سودمندی پیش تیمار بر روی رشد و نمو گیاهان مربوط به اثرات مستقیم و غیرمستقیم این فرایند است. تأثیر پیش تیمار بر جوانه‌زنی، سبز شدن و سرعت رشد گیاهان از اثرات غیرمستقیم این فرایند است. پرایمینگ بذر روشی است که سبب فعال شدن مکانیسم‌های اولیه جوانه‌زنی قبل از کاشت می‌شود. از مهمترین مزایای پیش تیمار در گیاهان مختلف میتوان به افزایش درصد جوانه‌زنی و سرعت جوانه‌زنی بذر اشاره کرد. اساس موفقیت پرایمینگ بذر، جذب آب است که در سه مرحله جوانه‌زنی دانه رخ می‌دهند.
مرحله 1 (مرحله آبگیری): در این مرحله جذب سریع آب آغازین ناشى از پتانسیل آب پایین دانه است. در طى این مرحله DNAو میتوکندری‌ها بازسازى و پروتئین‌ها با استفاده از mRNAهاى موجود ساخته می‌شوند.
مرحله 2 (مرحله تأخیر): فقط با یک افزایش تدریجى در میزان آب بذر نمایان می‌شود، اما فعالیت‌هاى مربوط به جوانه‌زنى در آغاز راه هستند که شامل ساخت میتوکندرى و پروتئین‌هاى متکى به ترجمه از روى mRNAهای جدید است، مراحل 1 و 2 فرآیند جوانه‌زنى را آشکار نموده و اساسا پرایمینگ زمانی موفق است که بذر به میزانى از رطوبت برسد که فقط خروج اندک ریشه‌چه را همراه داشته باشد، در پایان این مرحله بذر پیش تیمار یا پرایم شده است.
مرحله 3 (مرحله رشد): تکمیل جوانه‌زنى و شروع رشد نشاء گیاهک با ادامه رشد ریشه‌چه بیان می‌شود که در طی مرحله 3رخ می‌دهد و به وسیله افزایش سریع دیگرى از جذب آب مشخص می‌شود. این کار تورژسانس لازم براى بزرگ شدن سلول‌هاى ریشه‌چه را ایجاد می‌نماید. پیش تیمار بذر با روش‌های زیر قابل انجام است.
شکل 1- پیش تیمار بذر برنج
روش‌های پیش تیمار بذر برنج
روش‌های مختلفی برای پیش تیمار بذر وجود دارد که به طور عمده به روش‌های مرسوم و پیشرفته تقسیم‌بندی می‌شوند. روش‌های سنتی پیش تیمار بذر برنج شامل پیش تیمار با آب، پیش تیمار با ترکیبات اُسمزی، پیش تیمار با عناصر غذایی و شیمیایی، پیش تیمار زیستی، پیش تیمار بذر با تنظیم‌کننده‌های رشد و پیش تیمار با عصاره‌های گیاهی است. درحالی که روش‌های پیشرفته پیش تیمار بذر شامل پیش تیمار از طریق نانو ذرات و پیش تیمار با عوامل فیزیکی است.