آشنایی با پیش تیمار بذر برنج (قسمت سوم)

روش‌های مرسوم پیش تیمار بذر برنج

3-پیش تیمار بذر با عناصر غذایی: قرار دادن بذر در غلظت مشخصی از مواد مغذی برای یک دوره خاص قبل از کاشت به عنوان پیش تیمار با عناصر غذایی شناخته می‌شود. البته باید به این نکته توجه داشت که پیش تیمار با ترکیبات اُسمزی صرفا جهت بهبود خصوصیات رشدی گیاه است ولی هدف از پیش تیمار با عناصر غذایی قرار دادن بذرها در محلول‌های حاوی عنصری خاص است که کمبود آن عنصر طی رشد گیاه مادری وجود داشته است. آماده‌سازی بذر با عناصر غذایی میکرو و ماکرو، موجب افزایش جوانه‌زنی، توسعه و رشد گیاهچه و همچنین بهبود کارایی مصرف آب از طریق تقویت بذر می‌شود. پیش تیمار بذر با عناصر غذایی میکرو یک روش شناخته شده برای افزایش اُسمزی است که با موجب تنظیم آب در بذرها در دوره جوانه‌زنی می‌شود. به طور مثال، پیش تیمار بذر برنج با سلنیت سدیم با غلظت 90 میلی‌گرم در کیلوگرم در مدت زمان 6 ساعت خصوصیات گیاهچه‌ای را بهبود بخشید. به همین ترتیب، پیش تیمار بذر برنج با عناصر ماکرو نیز یکی از روش‌های مؤثر در بهبود خصوصیات رشدی و عملکرد مطرح است. به عنوان مثال، پتاسیم یکی از عناصر معدنی است که قرار دادن بذرهای برنج در محلول این عنصر سبب افزایش مقاومت این گیاه زارعی به تنش‌های محیطی می‌شود. در همین راستا ثابت شده است که پیش تیمار بذر برنج با کلرید کلسیم و کلرید پتاسیم عملکرد دانه را به ترتیب 32 و 26 درصد نسبت به عدم پیش تیمار بذر در شرایط تنش خشکی افزایش داد.

شکل 1- پیش تیمار بذر با عناصر غذایی

4- پیش تیمار بذر با ترکیبات هورمونی: به خیساندن بذر در محلول تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی از جمله جیبرلین، اسید سالیسیلیک، اکسین، اتفن، اسید آبسزیک و پلی آمین‌ها را پیش تیمار هورمونی می‌گویند. در این روش، بذور برنج در مدت زمان مشخصی (طی دو مرحله از سه مرحله جوانه‌زنی) در محلول‌های ذکرشده قرار می‌گیرند و قبل از خروج ریشه‌چه، بذر از محلول خارج و مدت زمان مشخصی (معمولا 24ساعت) در دمای 20-25 درجه سلسیوس قرار داده می‌شوند تا خشک شوند که به این بذرها، بذور با پیش تیمار هورمونی می‌گویند. کاربرد هورمون‌های گیاهی از جمله اسید جیبرلیک از طریق افزایش فعالیت آنزیم بتا آمیلاز سبب شکسته شدن نشاسته ذخیره شده در بذر می‌شود و از طریق رشد و توسعه جنین و درنهایت موجب سبز شدن سریع بذور برنج شد.

در مطالعه‌ای اثرات پیش تیمار با اسید جیبرلیک، اوره و اسید نفتالیک بر روی برنج به تنهایی یا با ترکیب باهم مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که به کارگیری 200 گرم اسید نفتالیک به عنوان پیش تیمار برای مقدار بذور یک هکتار برنج موجب افزایش درصد سبز شدن و ظهور خوشه‌های مؤثر با کمترین هزینه شد. همچنین در تیمار دیگری پیش تیمار برنج با ترکیب 50 گرم اسید جیبرلیک + 50 گرم اسید نفتالیک دارای بالاترین عملکرد برنج در واحد سطح شد، بنابراین اسید نفتالیک به دلیل مقرون به صرفه بودن می‌تواند جایگزین مناسبی برای پیش تیمار بذور برنج در برابر اسید جیبرلیک باشد. چن و همکاران (2005) با پیش تیمار بذر چهار رقم برنج با اسید جیبرلیک اظهار داشتند به طورکلی در هر یک از ارقام ظهور گیاهچه و ماده خشک افزایش معنی‌داری داشت.

نقش پلی آمین‌ها به عنوان پیش تیمار بذور و تأثیر آن‌ها بر رشد و نمو گیاه برنج به خوبی ثابت شده است. پلی آمین‌ها شامل پوتریسین (Put)، اسپرمیدین (Spd)، اسپرمین (Spm) و کاداورین (Cad) پلی‌کاتیون‌های آلی با وزن مولکولی کم و فعالیت بیولوژیکی بسیار بالایی نقش مهمی در مراحل مختلف فیزیولوژیک و نمو گیاهان دارند. پلی آمین‌ها به عنوان کاتیون می‌توانند با اجزای آنیونی غشا مانند فسفولیپیدها ترکیب شوند و در شرایط تنش شدید از زوال غشای سلولی جلوگیری نمایند. شواهد قطعی در این زمینه نشان می‌دهد تجمع پلی‌آمین‌ها می‌تواند گیاهان را در برابر تنش‌های محیطی محافظت نمایند. اخیرا نقش پلی آمین‌ها در افزایش تحمل برنج به تنش‌های غیر زیستی از جمله شوری و خشکی مورد توجه قرار گرفته است. در بسیاری از موارد، تنش‌های محیطی منجر به تجمع پلی آمین‌های آزاد می‌شود که نشان دهنده اهمیت بیوسنتز پلی آمین‌ها به عنوان پاسخ‌های مهم بیوشیمیایی گیاهان در شرایط تنش است. پیش تیمار بذور برنج با پلی آمین‌ها به دلیل جلوگیری از پراکسیده شدن چربی‌های غشا، موجب حفظ سیّالیت و ثبات آن شده و از بروز سرمازدگی اوایل فصل جلوگیری می‌کند. در پژوهشی اثبات شد که بذور برنج که به خوبی آبگیری شده بودند هنگامی که در غلظت‌های پایین ( 10و 20 میلی‌گرم در لیتر) از پلی آمین‌ها (اسپرمیدین، پوترسین و اسپرمین) پرایم شدند، میانگین جوانه‌زنی سریعتر همراه با بهبود خصوصیات گیاهچه‌ای مثل افزایش وزن خشک و طول گیاهچه را به دنبال داشت که در این بین نقش پیش تیمار با پوترسین با غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر محسوس‌تر بود.

تیمار بذر با تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی برای کاهش خسارت ناشی از چندین تنش محیطی شناخته شده است. اسید سالیسیلیک یکی از تنظیم کننده‌های رشد با ماهیت فنولی است که در تنظیم فرایندهای فیزیولوژیکی گیاهان مانند بسته شدن روزنه‌ها، تبادل و انتقال یون‌ها، نفوذپذیری غشا، فتوسنتز و سرعت رشد مؤثر است. اسید سالیسیلیک به عنوان یکی از تنظیم کننده‌های داخلی نقش مهمی را در مکانیسم‌های دفاع در برابر تنش‌های زنده و غیرزنده دارد. این تنظیم‌کننده رشد به طور مستقیم و غیرمستقیم آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی را فعال می‌کند. اسید سالیسیلیک یکی از مولکول‌های پیامرسان مهم است و باعث تحریک بروز عکس‌العمل گیاه در برابر تنش‌های محیطی می‌شود و همانند یک آنتی‌اکسیدان غیر آنزیمی نقش مهمی را در تنظیم فرایندهای فیزیولوژیک در گیاهان در شرایط تنش ایفا می‌کند. همچنین این تنظیم‌کننده رشد در تعامل با سایر تنظیم‌کننده‌های رشد مثل اسید جاسمونیک و اتیلن نقش تعاملی در بهبود خصوصیات فیزیولوژیک در گیاهان ایفا می‌کند. اسید سالیسیلیک علاوه بر مقاومت در برابر تنش‌های اُسمزی با فعال کردن آنزیم‌های گلوتاتیون ردوکتاز و گایکول پرکسیداز سبب مقاومت به تنش دماهای بالا و پایین می‌شود. در مطالعه‌ای نشان داده شد که پیش تیمار بذر برنج با اسید سالیسیلیک (غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر) نسبت به بذور شاهد موجب افزایش سرعت و یکنواختی سبز شدن شد. همچنین در پژوهشی دیگر نشان داده شد که پیش تیمار بذر برنج با اسید سالیسیلیک در غلظت‌های 10، 20 و 30 میلی‌گرم در لیتر سبب بهبود کلیه شاخص‌های جوانه‌زنی شد که در این بین نقش غلظت 30 میلی‌گرم در لیتر ملموس‌تر بود. وانگ و همکاران (2016) با بررسی پیش تیمار با اسید سالیسیلیک و سریم در شرایط تنش سرما بر روی خصوصیات گیاهچه‌ای برنج اظهار داشت که پیش تیمار با این دو ماده خصوصا اسید سالیسیلیک باعث افزایش درصد و سرعت سبز شدن، طول ریشه‌چه و ساقه‌چه نسبت به تیمار شاهد شد.

اسید سالیسیلیک، قابل حل در آب و یک ترکیب آنتی‌اکسیدانی است و از جمله هورمون‌های گیاهی به شمار می‌رود. این هورمون، نقش محوری در تنظیم فرایندهای فیزیولوژیکی مختلف از قبیل رشد، تکامل گیاه، جذب یون، فتوسنتر و جوانه‌زنی بسته به غلظت مورد نظر، گونه گیاه، دوره رشدی و شرایط محیطی ایفا می‌کند. این ماده همچنین به عنوان سیگنال مولکولی مهم در نوسانات گیاهی در پاسخ به تنش‌های محیطی شناخته شده است، به طوریکه به کارگیری اسید سالیسیلیک به عنوان پیش تیمار سبب کاهش عوارض ناشی از خسارت سرما در گیاهان می‌شود.

آسکوربات یکی از مهمترین ویتامین‌هایی است که در گیاه سنتز می‌شود و علاوه بر نقشی که در تقسیم سلولی و فرایندهای سوخت و سازی ایفا می‌کند، به عنوان یک آنتی‌اکسیدان قوی، پراکسید هیدروژن (H₂O₂) را مهار می‌کند. آسکوربات در کلروپلاست‌ها، سیتوزول، واکوئل و فضای آپوپلاست سلول‌های برگ با غلظت بالا وجود دارد و تنظیم آسکوربات با تشکیل زئازانتین مرتبط است و مکانیسم قدرتمندی جهت حفاظت از اکسیداسیون نوری به حساب می‌آید. مهار H₂O₂ توسط کاتالاز، پراکسیداز و مسیر آسکوربات گلوتاتیون به نام چرخه هالیول- آسادا شناخته شده است که در این چرخه چهار آنزیم مهم فعال می‌باشند. گزارش‌های مختلف نشان دهنده افزایش درصد جوانه‌زنی، طول گیاهچه، وزن خشک گیاهچه، پرولین و فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز در اثر کاربرد آسکوربات ارائه شده است. در همین راستا در یک مطالعه آزمایشگاهی نشان داده شد که پیش تیمار بذرهای با اندازه درشت و ریز برنج با غلظت‌های 10 و 50 میلی‌گرم در لیتر آسکوربات موجب بهبود جوانه‌زنی و رشد سریع گیاهچه‌های هر دو تیپ از بذرها شدند، اگرچه پرایم با غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر مؤثرتر بود. همچنین این بررسی‌ها نشان داد پیش تیمار بذور ریز و درشت برنج با اسید آسکوربات به ترتیب سبب افزایش 20 و 15درصدی عملکرد دانه نسبت به تیمار بدون شد. همچنین پژوهش‌های متعددی در ارتباط با بهبود خصوصیات رشدی از جمله عملکرد و اجزای عملکرد و همچنین کیفیت دانه در کشت مستقیم و نشائی برنج در اثر پیش تیمار با آسکوربات گزارش شده است. آسکوربات یک ماده مغذی مهم به عنوان ویتامین است که از آن برای پیش تیمار بذر برنج استفاده می‌شود و دارای آنتی‌اکسیدان طبیعی است. به طورکلی اثبات شده است که پیش تیمار بذر برنج با غلظت‌های بالای اسید آسکوربیک از طریق افزایش تولید آنتی‌اکسیدان، سبب افزایش مقاومت گیاه در برابر تنش اکسیداتیو می‌شود. باسرا و همکاران (2006) دریافتند که درصد نهایی سبز شدن تحت پیش تیمار بذر برنج با اسید آسکوربات 20میلی‌گرم در لیتر سبب افزایش 22 درصدی نسبت به تیمار شاهد شد.

اسید جیبرلیک یکی از مهمتری جیبرلین‌های می‌باشد که در بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیکی گیاهان مانند فعالیت تقسیم سلولی مناطق مریستم، افزایش طولی سلول، افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی، زودرسی، گلدهی و عملکرد دخالت دارد. بکارگیری اسید جیبرلیک به عنوان پیش‌تیمار بذر نیز در همین راستا باعث بهبود خصوصیات فیزیولوژیکی مانند جوانه‌زنی، طول ریشه و ساقه و قدرت گیاهچه در مقایسه با تیمار شاهد می‌شود. همچنین پیش تیمار بذر با جیبرلین‌ها که دارای اثرات نامتقارن با اسید آبسزیک است، جوانه‌زنی و رشد گیاه را تنظیم می‌کنند. افزایش درصد جوانه‌زنی در پیش تیمار با اسید جیبرلیک را میتوان به تأثیر این تنظیم‌کننده رشد بر اندوخته غذایی بذر نسبت داد، به طوریکه نشان داده است اسید جیبرلیک به عنوان تحریک‌کننده سنتز عمل می‌کند و با تولید آنزیم‌های هیدرولیز موجب افزایش جوانه‌زنی می‌گردد. پیش تیمار بذور برنج با اسید جیبرلیک و اتیلن از طریق بهبود جوانه‌زنی موجب افزایش طول ریشه‌چه، ساقه‌چه و فاصله میانگره‌ها شدند. همچنین پیش تیمار با اسید آبسزیک از طریق بهبود طول ریشه‌چه باعث افزایش بنیه گیاهچه‌های برنج شد. در مطالعه‌ای دیگر مشخص شد پیش تیمار بذور با اسید جیبرلیک تحت شرایط هوازی در برنج‌های ژاپنیکا و اندیکا سبب افزایش جوانه‌زنی می‌شود درحالی‌که در شرایط بی‌هوازی اثر پیش تیمار با کیتین دارای اثر منفی و اسید جیبرلیک اثر مثبت بود.

پیش تیمار بذر با ایندول3-استیک اسید (IAA) به عنوان یکی از اکسین‌های اصلی در گیاهان موجب تنظیم تقسیم سلولی، افزایش فعالیت فتوسنتزی، انتقال هیدرات کربن‌ها (تقویت ریشه)، گلدهی و رسیدن دانه می‌شود. برخی از آنزیم‌های هیدرولیز در فرایند جوانه‌زنی بذر برنج دخیل می‌باشند و باعث می‌شوند که آندوسپرم به طور مؤثرتر در دسترس جنین قرار گیرد. علاوه بر اسید جیبرلیک، سایر تنظیم‌کننده‌های رشدی مانند سیتوکنین، اتیلن و اسید آبسزیک از هورمون‌های تقویت کننده رشد گیاه برنج محسوب می‌شوند که باعث تقویت رشد و تنظیم پاسخ گیاهان در شرایط تنش‌های مختلف می‌گردند. بررسی غلظت‌های مختلف تنظیم‌کننده‌های رشد (سیتوکنین، اکسین، اسید آبسزیک، اسید سالیسیلیک، آسکوربات و اسید جیبرلیک) به عنوان پیش تیمار بر روی خصوصیات رشدی شش رقم برنج اذعان داشتند که اعمال این تیمارها سبب افزایش درصد جوانه‌زنی و افزایش بنیه بذر شد، که درمقایسه بین تیمارها پیش تیمار با اسید آبسزیک در غلظت 50 میلی‌گرم در لیتر و اسید جیبرلیک در غلظت 10 میلی‌گرم در لیتر کاملا مؤثرتر بودند. بررسی پیش تیمارهای مختلف با اسید جیبرلیک، اتفن و ترکیب اسید جیبرلیک و اتفن و تیمار شاهد بر خصوصیات گیاهچه‌ای برنج در کشت مستقیم دریافتند که پیش تیمار بذر برنج با ترکیب اسید جیبرلیک+ اتفن از طریق افزایش آلفا آمیلاز و قندهای محلول سبب افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی، طول ریشه و ساقه شد. واتانابه و همکاران (2018)، یکی از نقش‌های مؤثر و مفید هورمون سیتوکینین در فرایند جوانه‌زنی است، به طوریکه طبق مطالعات این هورمون گیاهی بر دامنه وسیعی از فعالیت‌های گیاه از جمله تمام مراحل جوانه‌زنی مؤثر بوده و حتی در تنش‌هایی نظیر شوری، خشکی، فلزات سنگین و اکسیداتیو قادر است تا با کاهش تنش‌ها، جوانه‌زنی بذر را افزایش دهد. در همین راستا بررسی پیش تیمار با آب و سیتوکنین بر روی خصوصیات گیاهچه‌ای دو ژنوتیپ برنج (HUBR-10-9 و HUR 105) بیانگر آن است که پیش تیمار با سیتوکنین نسبت به پیش تیمار با آب سبب افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی در هر دو ژنوتیپ مورد مطالعه شد، به طوریکه علت این افزایش را به بالا بودن آلفا آمیلاز و قندهای محلول در ژنوتیپ‌های تحت کاربرد پیش تیمار با تنظیم‌کننده رشدی نسبت دادند. بررسی پیش تیمار بذر برنج با اسید آبسزیک در غلظت‌های 10و 20 میکرو مولار در شرایط تنش شوری نشان داد، پیش تیمار در غلظت 20 میکرو مولار از طریق بهبود خصوصیات گیاهچه‌ای سبب افزایش عملکرد و اجزای عملکرد شد.