روش‌های مرسوم پیش تیمار بذر برنج
1-پیش تیمار با آب: کمبود منابع آب، کشاورزان تولیدکننده برنج را مجبور به ایجاد رویکردی مناسب یعنی کشت مستقیم برنج (خشکه‌کاری) به‌جای کشت غرقابی در جهت کاهش میزان مصرف آب نموده است که بسیار ارزشمند است. کشت مستقیم برنج علاوه بر صرفه‌جویی در مصرف آب (درصورت تغیر شیوه آبیاری) دارای مزایایی همچون کاهش هزینه‌ها و مراقبت‌های ناشی از خزانه برنج و بهبود نظام زراعی برنج-گندم از طریق تسهیل زمان استقرار و بهبود رشد گیاه زراعی زمستانه می‌شود. به علت بحران انرژی عصر حاضر و هزینه زیاد کشت به روش نشاء، کشت مستقیم در بسیاری از کشورهای جهان رو به افزایش است. در این راستا شناخت عوامل مؤثر بر عملکرد و محدودیت‌هایی که در رابطه با عملکرد بالا در این گیاه وجود دارد میتواند اقدام مؤثری در جهت افزایش تولید در واحد سطح باشد. علف‌های هرز و عدم جوانه‌زنی و به تبع آن عدم سبز شدن مطلوب بذرهای برنج در مزرعه از عواملی هستند که تولید برنج در شرایط کشت مستقیم را تحت تأثیر قرار می‌دهند. بنابراین جوانه‌زنی بذور و استقرار گیاهچه از عوامل مهم تولید برنج در مزارع است. همانطور که درک ما از فرایندهای مربوط به جوانه‌زنی گسترش یافته است، روش‌هایی برای تغییر این فرایندها برای تولید بذر در کشاورزی به وجود آمده است. یکی از متداول‌ترین روش‌های شناخته شده در این زمینه پیش تیمار بذر است. رایج‌ترین روش پیش تیمار شامل پیش تیمار با آب است. درروش پیش تیمار با آب، بذرها با آب خالص و بدون استفاده از هیچگونه ماده شیمیایی تیمار می‌شوند که این نوع پیش تیمار بسیار ساده و ارزان بوده و مقدار جذب آب از طریق مدت زمانی که بذرها در تماس با آب هستند، کنترل می‌شود. البته باید توجه داشت که هر روش دارای نقاط قوت و ضعفی است و بسته به نوع گیاه، مرحله رشد گیاه، غلظت و میزان عامل پیش تیمار تأثیرگذاری مختلفی دارد.
شکل1- پیش تیمار بذر برنج با آب
پیش تیمار با آب بذر برنج یک روش ساده و اقتصادی است که طی آن بذرها برای مدت مشخصی در آب خیس می‌شوند و قبل از کاشت تا با کاهش میزان رطوبت خشک می‌شوند. این فناوری در مناطقی با شرایط نامساعد محیطی از جمله گرمای زیاد و تنش خشکی بسیار مفید است. از مهمترین الزامات این روش میتوان به حفظ و نگهداری سطح مطلوب رطوبت و دما اشاره کرد. روش اصلی پیش تیمار با آب تحت عنوان درام پیش تیمار است که اولین بار توسط محققی بنام روز (1991) معرفی شد. اساس کار درام‌پیش تیمار به این صورت است که بذور درون آب در ظروف متحرک قرار داده می‌شود، به طوریکه بذرها داخل محفظه استوانه‌ای شکل قرار می‌گیرند. این دستگاه دارای قابلیت تولید بخار آب است که وارد این محفظه شده و با حرکت دورانی استوانه، تبدیل به قطرات آب شده و با برخورد این قطرات به بذرها، آب جذب بذر می‌شود. در طول مدت زمان اعمال تیمار، افزایش وزن نسبی بذر و حجم آب ورودی نیز کنترل می‌شود. البته برای اعمال مدت زمان آبگیری بذر و دما مدنظر این دستگاه دارای زمان‌سنج بوده و دما قابل تنظیم است. هیدروپرایمینگ بذر روشی است که سبب فعال شدن مکانیسم‌های اولیه جوانه‌زنی قبل از کاشت می‌شود. برای این روش در برنج مزایای زیادی ذکر شده است که از مهمترین آن‌ها افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی بذر است. در روش پیش تیمار با آب، بذرها با آب خالص و بدون استفاده از هیچگونه ماده شیمیایی تیمار می‌شوند که این نوع پیش‌تیمار بسیار ساده و ارزان بوده و مقدار جذب آب از طریق مدت زمانی که بذرها در تماس با آب هستند، کنترل می‌شود. خیساندن به وسیله غوطه‌ورسازی بذر در آب میتواند همراه یا بدون هوادهی باشد. در این روش استفاده از مواد شیمیایى کاهش یافته و از دور ریختن موادى که ممکن است مضر و با محیط ناسازگار باشند، اجتناب می‌شود. یکى از معایب روش مذکور این است که بعضی از بذرها آب جذب نمی‌نمایند، این ناشى از عدم موفقیت در فعال نمودن مراحل فیزیولوژیک لازم براى همزمان سازى و افزایش عملکرد بذرها به طور یکنواخت است. بعلاوه، کنترل میزان آبگیرى مشکل است و برخى از بذرها درصورتی که میزان آبگیرى بسیار سریع باشد، دچارخرابى ناشى از آبگیرى می‌شوند. این روش پیش تیمار شامل غوطه‌ورسازی بذرها در آب برای یک دوره زمانی معین و در ادامه خروج بذرها از آب و خشک نمودن مجدد آن‌ها در دمای مشخص و قرار دادن بذر در دماهای معین است. در این روش به بذر اجازه داده می‌شود که به اندازه کافی آب جذب کرده بدون اینکه ریشه‌چه ظاهر شود.
البته باید توجه داشت که خیساندن طولانی مدت برای بذر میتواند مضر باشد، زیرا بذرها در به دست آوردن اکسیژن کافی برای جوانه‌زنی ناتوان می‌شوند، در بیشتر موارد سودمندی پیش تیمار تنها زمانی تحقق می‌یابد که مدت زمان پیش تیمار بذر کوتاه باشد یا زمانی که از دیگر روش‌های مکانیکی در تهویه بذر استفاده شده باشد. بذرها باید قبل از ظهور ریشه‌چه در مرحله انتقال از آب خارج و بلافاصله خشک شوند تا از نمو و ظهور ریشه‌چه جلوگیری شود. در هر بذر زمان ظهور ریشه‌چه متفاوت است، در طول دوره پیش تیمار بذر، اگر ریشه‌چه ظاهر شود با خشک شدن مجدد بذر آسیب می‌بیند و سودمندی ایجاد شده به وسیله پیش تیمار به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. جذب آب به سادگی باعث پیشرفت فرایندهای جوانه‌زنی در بذر شده و پس از کاشته شدن مدت زمان جوانه‌زنی کاهش می‌یابد. اظهار داشتند پیش تیمار با آب از طریق بهبود خصوصیات گیاهچه‌ای و به دنبال آن افزایش شاخص سطح برگ موجب افزایش تعداد خوشه و عملکرد دانه در کشت مستقیم برنج می‌شود. نکته مهم دیگر که باید دقت داشت این است که در روش پیش تیمار با آب مدت زمان جذب آب از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
2-پیش تیمار با ترکیبات اُسمزی: پیش تیمار اُسمزی یک روش تجاری گسترده است که در آن بذرها در یک سطح کنترل شده آبگیری می‌شود تا فعالیت‌های متابولیکی قبل از جوانه‌زنی را انجام دهند. در این روش فرایندهای مرتبط با جوانه‌زنی به صورت انتخابی اثر می‌گذارد. فرایندهای مورد بحث در رشد سلولی و طویل شدن سلولی با افزایش غلظت یا کاهش پتانسیل اُسمزی محلول پیش تیمار ممکن است متوقف یا کاهش یابد. به هرحال شرایط مطلوب پیش تیمار برای بذرهای مختلف متفاوت است. اثرات سودمند پیش تیمار پس از خشک کردن بذر نیز برای یک دوره زمانی باقی می‌ماند. طی پیش تیمار با ترکیبات اُسمزی چنانچه غلظت مواد به کار رفته در این روش افزایش یابد، موجب تجمع انواع واکنش‌پذیر فعال اکسیژن (ROS) در بذر می‌شود که منجر به بروز خسارت به ترکیبات سلولی مانند پروتئین‌ها، غشاهای لیپیدی و اسیدهای نوکلئیک می‌شود. پیش تیمار اُسمزی همچنین از طریق تأخیر در ورود آب به بذر باعث کاهش تجمع ROSها شده و در نتیجه سلول را از آسیب اکسیداتیو محافظت می‌کند. پیش تیمار اُسمزی نوع خاصی از آماده‌سازی پیش از کاشت بذرها است که از طریق خوابانیدن بذرها در محلول‌هایی با پتانسیل اُسمزی پایین حاوی مواد شیمیایی مختلف نظیر پلیاتیلن گلایکول، مانیتول، سولفات روی و کودهای شیمیایی صورت می‌گیرد. پیش تیمار اُسمزی بر فرایندهای مرتبط با جوانه‌زنی به صورت انتخابی اثر می‌گذارد. هدف اصلی پیش تیمار اُسمزی بذر برنج، بهبود جوانه‌زنی و استقرار مطلوب گیاهچه در شرایط نامطلوب محیطی است. در واقع بذرهای برنجی که تحت پیش تیمار اُسمزی قرار می‌گیرند نسبت به دما و کاهش اکسیژن دارای حساسیت کمتری می‌باشند. به کارگیری پیش تیمار اُسمزی کلرید کلسیم، نیترات پتاسیم، کلرید سدیم و پلیاتیلن گلایکول 8000، انرژی جوانه‌زنی را بهبود و کاهش مدت زمان لازم جهت سبز شدن را به دنبال خواهد داشت. پیش تیمار با پلیاتیلن گلایکول 8000 جوانه‌زنی ارقام دارای بذور درشت و ریز برنج را تسریع می‌بخشد. همچنین در یک مطالعه گلخانه‌ای نشان داده شد که پیش تیمار با کلرید کلسیم به تنهایی و ترکیب با کلرید سدیم سبب افزایش شاخص بنیه بذر، گیاهچه و استقرار مطلوب بذرهای برنج در شرایط غرقاب خاک شد. نیترات پتاسیم پرمصرف‌ترین ماده شیمیایی برای افزایش جوانه‌زنی است. محلول 0.1 تا 0.3 درصد در آزمایش‌های جوانه‌زنی مشترک بوده و از سوی انجمن بین‌المللی آزمون بذر (ISTA) برای آزمایش‌های جوانه‌زنی بسیاری از گونه‌ها توصیه شده است؛ در همین راستا نیز ثابت شده است که پیش تیمار با نیترات پتاسیم سبب تسریع در جوانه‌زنی بذر و افزایش قدرت گیاهچه و بهبود خصوصیات ریشه برنج شد. پیش تیمار با کربنات کلسیم نسبت به پیش تیمار با آب و تیمار شاهد (بدون پیش تیمار) سبب افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی در برنج شد طی مطالعه‌ای گزارش شد پیش تیمار بذر برنج با آب و کلرید پتاسیم سبب کاهش مدت زمان لازم جهت رسیدن به 10 و 50 درصد سبز شدن و افزایش سرعت و درصد سبز شدن شد. مزایای پیش تیمار بذر برنج در صرفا به جوانه‌زنی بذر و بهبود خصوصیات گیاهچه‌ای محدود نمی‌باشد بلکه می‌توانند به مراحل بعدتر رشد این گیاه نیز گسترش یابند. پیش تیمار بذر برنج از طریق آب، کلرید پتاسیم، کلرید کلسیم و آسکوربات به ترتیب سبب افزایش 11، 25، 31 و 20درصدی عملکرد دانه نسبت به تیمار شاهد می‌شود. در توجیه افزایش عملکرد ناشی از پیش تیمار اُسمزی میتوان به استقرار سریع و مطلوب برنج و یا استفاده بیشتر از عناصر غذایی و جذب نور اشاره کرد. پیش تیمار بذر برنج با کلرید کلسیم، کلرید پتاسیم و پیش تیمار با آب با بهبود خصوصیات گیاهچه‌ای سبب افزایش عملکرد و اجزای عملکرد برنج در شرایط کشت مستقیم برنج می‌شود. اُسموپرایمیگ از راه افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی باعث حذف و غیرفعال شدن انواع فعال اکسیژنی می‌شود. پیش تیمار اُسمزی بذر برنج با سولفات روی نسبت به تیمار شاهد به دلیل افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی به طور معنی‌داری سبب افزایش درصد جوانه‌زنی می‌شود. پیش تیمار اُسمزی بذرها با افزایش فرایندهای بیوشیمیایی سبب بهبود خصوصیات ریشه برنج تحت شرایط کاهش دما می‌شود. پیش تیمار بذر برنج با کلرید کلسیم و کلرید پتاسیم از طریق افزایش فعالیت‌های آنتی‌اکسیدانی سبب افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی، متوسط زمان جوانی، مدت زمان لازم برای شروع و 50 درصد جوانه‌زنی می‌شود.
محققین در تلاش هستند تا از کودهای مختلف که برای بهبود عملکرد برنج مورد استفاده قرار می‌گیرند به صورت پیش تیمار مورد استفاده قرار دهند، چراکه بکارگیری این مواد مغذی به دلیل جذب مستقیم توسط بذر موجب بهبود کارایی کودها می‌شود. در همین راستا گزارش شده است که پیش تیمار با مونو آمونیوم فسفات چهار درصد، منجر به افزایش تعداد پنجه مؤثر و بهبود عملکرد دانه برنج در کشت مستقیم شد. در منابع متعدد افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی در تیمارهای آماده‌سازی بذرها با پیش تیمار با ترکیبات اُسمزی به دلیل افزایش سرعت فعال‌سازی آنزیم‌های کربونیک انهیدراز، مالات دهیدروژناز، گلوتامات دهیدروژناز و الکل دهیدروژناز و انبساط سلول‌ها باشد. اما برخلاف موارد موفق، آزمایش‌های مزرعه‌ای در ارتباط با پیش تیمار اُسمزی در بذر برنج با برخی کودهای شیمیایی مانند اوره، نیتروفسفات، اوره، دی آمونیوم فسفات و سولفات پتاسیم به دلیل آسیب‌های غشایی منجر به کاهش جوانه‌زنی و رشد شد. باید دقت داشت که به کارگیری این مواد مغذی برای پیش تیمار با ترکیبات اُسمزی باید در مدت زمان و غلظت مشخصی صورت گیرد، بنابراین میتوان دلیل کاهش درصد و سرعت جوانه‌زنی در غلظت‌های بالای پیش تیمار اُسمزی را به ایجاد سمیت از طریق تجمع این یون‌ها در جنین نسبت داد. در غلظت‌های بالا مواد پیش تیمار اُسمزی به دلیل ایجاد ویسکوزیته بالای این ترکیبات، به عنوان یک مانع برای تبادل گاز عمل کرده و با افزایش متابولیسم غیرهوازی مانع از جذب اکسیژن توسط بذر می‌شوند. حتی در فرایند فتوسنتز نیز غلظت‌های بالای مواد اُسمزی از طریق افزایش رادیکال‌های آزاد و به دنبال آن کاهش تولید NADPH در کلروپلاست، کاهش فعالیت فتوسیستم II و آنزیم RUBPکربوکسیلاز و همچنین کاهش سنتز،ATP باعث کاهش جذب آب و انتقال مواد غذایی از لپه‌ها شده که درنهایت منجر به کاهش درصد و سرعت سبز شدن گیاهچه‌های جوان می‌شوند.