واکنش جوانه زنی و رشد گیاهچه به تنش شوری به 24 ژنوتیپ نخود خشک ایرانی

ایرج اله دادی*، شهریار دشتی**، حسین عسکری***، غلامعباس اکبری* و زینت حاجی هاشمی****

چکیده

به منظور مطالعه اثرات تنش شوری بر جوانه زنی و صفحات فیزیولوژیک و مورفولوژیک و رشدگیاهچه های 24 ژنوتیپ نخود این بررسی در سه بخش در شرایط گلخانه انجام شد. در هر سه بخش آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی و در سه تکرار انجام شد که در بخش اول، آزمون جوانه زنی تحت (غلظت های صفر، 50، 100 میلی مول کلرید سدیم)، بخش دوم آزمون غربال گری (غلظت های صفر، 40، 60، 80، 100 میلی مول کلرید سدیم) جهت شناسایی لاین های حساس و مقاوم به تنش شوری و در بخش سوم برخی صفات مورفوفیزیولوژیکی ژنوتیپ های حساس و مقاوم تحت (غلظت های صفر، 30، 60 و 90 میلی مول کلرید سدیم) مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد بیشترین و کمترین درصد نهایی جوانه زنی به ترتیب مربوط به ژنوتیپ های FLIP95-64C و FLIP95-58C و حداکثر و حداقل سرعت جوانه زنی به ترتیب مربوط به ژنوتیپ هایFLIP95-64C و FLIP95-57C بود. تمامی ژنوتیپ ها در غلظت 50 میلی مول حداقل به میزان 76 درصد جوانه زدند. نتایج حاصل از آزمون غربال گری نشان داد که ژنوتیپ FLIP95-50C جزء مقاوم ترین ژنوتیپ ها (آستانه شوری 32/4 دسی زیمنس بر متر)و ژنوتیپ های FLIP95-57C و FLIP93-174C جزء حساس ترین ژنوتیپ ها (آستانه شوری 02/1 دسی زیمنس بر متر) به تنش شوری بودند. نتایج تجزیه و واریانس بخش سوم مطالعه نشان داد که ژنوتیپ مقاوم (FLIP95-50C) در صفت وزن خشک کاهش کمتری داشت، همچنین این ژنوتیپ طول ریشه چه بیشتری داشت. تجمع یون های سدیم و کلر در ژنوتیپ مقاوم کمتر بود که احتمالاً حاکی از وجود مکانیسمی در این گیاه است که در هنگام مواجه شدن با تنش شوری، موجب دفع یون ها از گیاه و یا عدم جذب آن ها می شود. همچنین مشخص گردید که واکنش گیاه نخود به تنش شوری در مرحله جوانه زنی با مرحله گیاهچه متفاوت است.
کلمات کلیدی: نخود خشک ایرانی، جوانه زنی، تنش شوری، کلر، سدیم، آستانه شوری

مقدمه

نخود سومین محصول مهم در بین بقولات است و دربیش از 40 کشور جهان کشت می شود. بیش از 95 درصد سطح زیر کشت، تولید و مصرف آن درکشورهای در حال توسعه صورت می گیرد و طی بیست سال گذشته (2004-1985) سطح زیر کشت این محصول، 7 درصد و عملکرد آن 24 درصد افزایش داشته است. در حال حاضر مهمترین کشورهای تولید کننده نخود عبارتند از هند، ترکیه، پاکستان، ایران، مکزیک، میانمار، اتیوپی، استرالیا و کانادا (8). در اکثر مناطقی که کشت آن مرسوم است معمولاً به طور سنتی در تناوب با غلات قرار داده می شود. گرچه کشت زمستانه نخود عملکرد بالاتری دارد، اما با مشکلاتی از قبیل برخی بیماری ها و کاهش تثبیت ازت مواجه است، از طرف دیگر عملکرد کشت بهاره نخود عمدتاً بدلیل برخورد با تنش آب در انتهای فصل رشد گیاه رضایت بخش نیست. به منظور تولید عملکرد قابل قبول، باید کمبود آب از طریق آبیاری جبران گردد که در برخی مناطق به دلیل شور بودن آب با محدودیت مواجه است. به طور کلی بقولات از محصولات زراعی نسبتاً حساس به شوری محسوب می شوند (7). خشکی فیزیولوژیکی حاصل ازتنش شوری ممکن است موجب محدودیت درجذب آب شود. از سوی دیگر افزایش جذب نمک توسط گیاه، سبب اختلال در کارکرد سلولی و آسیب رساندن به فرآیندهای فیزیولوژیکی از قبیل فتوسنتز و تنفس می شود (10).
جوانه زدن، حساس ترین مرحله رشد و نمو گیاهان است و جوانه زدن ضعیف در خاک های شور باعث استقرار ضعیف و تولید کم گیاهچه ها و در نهایت منجر به کاهش محصول خواهد شد (2). ممکن است گیاهان در مرحله جوانه زدن، به همان نسبت مراحل بعدی رشد، در برابر شوری مقاومت نداشته باشند. برخی مطالعات نشان می دهد نخود در مرحله جوانه زنی نسبت به باقی مراحل حساسیت کمتری به شوری دارد (19). باید توجه داشت که بین و درون گونه های گیاهی اختلاف معنی داری از لحاظ ژنوتیپی قابل مشاهده است. در مورد تحمل به نمک، اختلافات ژنوتیپی در درون گونه ها می تواند در نتیجه مکانیسم های تنظیم کننده تغذیه معدنی باشد (16). به نظر می رسد تحت تنش شوری، ریشه نسبت به اندام هوایی از مقاومت بیشتری برخوردار باشد (4). شوری سبب کاهش پتانسیل آب و جذب مواد معدنی، تاثیر بر فتوسنتز و نیز هدایت روزنه ای می شود (12). در اکثر گیاهان تیمار با نمک موجب کاهش شاخص برداشت و شاخص ریشه چه شده و در تخصیص کربن تغییراتی رخ می دهد که سبب می شود رشد ریشه چه به وضوح بیش از اندام هوایی شود. در مراحل بعدی رشد نیز تنش شوری با تاثیر بر نقل و انتقال مواد فتوسنتزی و مواد غذایی معدنی از آوند آبکش و چوبی به غلاف و بذور سبب کاهش محصول نهایی خواهد شد (12). تحقیقات نشان می دهد در شرایط تنش شوری، گیاهچه های 40 روزه لوبیا با استفاده از رشد بهتر ریشه چه نسبت به اندام هوایی موجب تشدید دفع سدیم شده و در نتیجه تولید بذر و یا قابلیت زنده مانی حفظ می شود. در این شرایط، تخصیص مواد غذایی می تواند سازگاری و بقاء گیاه را تضمین نماید (21).
بنابراین با توجه به وسعت منابع آب و خاک شور در کشور و نیز با عنایت به اهمیت نخود خشک بعنوان یکی از مهم ترین محصولات زراعی کشور، تحقیق حاضر با هدف دستیابی به ژنوتیپ هایی با توان تحمل شوری بالا و نیز مطالعه عکس العمل این گیاه به شرایط تنش انجام گردید.

مواد و روش ها

در این بررسی 24 ژنوتیپ نخود تولید شده در ایکاردا از طریق مرکز تحقیقات دیم کشور واقع در مراغه دریافت و در سه آزمایش جداگانه مورد برسی قرار گرفتند. در بخش اول به منظور طبقه بندی ژنوتیپ ها از نظر مقاومت به درجه شوری در مرحله جوانه زنی آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در سه تکرار انجام شد. بذور با استفاده از غوطه ور شدن در هیپوکلرید سدیم 10 درصد بمدت 10 دقیقه ضدعفونی گردید و جهت حذف اثر هیپوکلرید سدیم پنج مرتبه با آب مقطر آبکشی و شستشو داده شدند. برای انجام آزمایش از پتری های 9 سانتی متری که دو لایه کاغذ صافی در آن ها قرار داده شده بود استفاده گردید. محلول های نمکی در سه غلظت صفر (شاهد)، 50 و 100 میلی مول کلرید سدیم تهیه و به پتری ها که شامل 20 عدد بذر بودند اضافه گردید. بذور در ژرمیناتور در دمای 20 درجه سانتی گراد و رطوبت 80 درصد به مدت 8 روز نگهداری شدند و سرعت جوانه زنی با استفاده از معادله ماگویر محاسبه شد (16).

که در این فرمول:
GR: سرعت جوانه زنی، n: تعداد بذور جوانه زده و : زمان های ثبت اطلاعات می باشند.
در بخش دوم به منظور غربال ژنوتیپ ها در مرحله گیاهچه، آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی و در سه تکرار انجام شد. پس از ضدعفونی بذور به تعداد 10 عدد از هر ژنوتیپ در گلدان های 25 سانتی متری حاوی پرلیت کشت گردید. تیمارهای نمکی اعمال شده شامل صفر، 40، 60، 80 و 100 میلی مول کلرید سدیم بود. به منظور رشد مناسب بوته های نخود از محیط غذایی که توسط براتون و ویل درت2 برای لگوم های دانه درشت پیشنهاد شده بود استفاده گردید (1). پس از 35 روز صفات طول ریشه چه، طول گیاه چه، وزن خشک اندام هوایی و ریشه چه مورد ارزیابی قرار گرفت. طبقه بندی ژنوتیپ ها بر اساس آستانه شوری (ECt) که از معادله ماس و هافمن (14) محاسبه شد، صورت گرفت و جهت محاسبه آستانه از اعداد مربوط به عملکرد نسبی استفاده شد (15). همچنین شاخص تحمل شوری3از رابطه زیر بدست آمد:

که در این رابطه، STI: شاخص تحمل به شوری، TDW : وزن خشک کل، st: تیمار شاهد و st: تیمار شوری می باشد (3).
در بخش سوم جهت ارزیابی صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیک دو ژنوتیپ حساس و مقاوم آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در سه تکرار انجام شد. تیمارهای شوری اعمال شده عبارت بودند از صفر (شاهد)، 30، 60 و 90 میلی مول کلرید سدیم. بذور در گلدان های 25 سانتی متری حاوی ماسه کشت شدند. ماسه ها سه نوبت با استفاده از اسید سولفوریک 97 درصد شستشو داده شدند. پس از هر نوبت اسید شویی سه مرتبه با آب معمولی آب کشی شدند. به منظور ارزیابی، صفات وزن خشک اندام هوایی و ریشه چه، طول اندام هوایی و ریشه چه و غلظت یون های سدیم و کلرید اندازه گیری شدند. جهت برآورد غلظت یون سدیم از دستگاه فلیم فتومتر، به روش هضمی استفاده شد. برای اندازه گیری غلظت یون کلرید، 60 میلی لیتر آب دو بار تقطیر شده به همراه پنج گرم از اندام هوایی آسیاب شده در شیکر آب گرم به مدت 90 دقیقه عصاره گیری و به حجم 100 میلی لیتر رسانده شد و با استفاده از کربن اکتیو، رنگبری گردید. در نهایت سه قطره کرومات پتاسیم به عنوان معرف اضافه شده و با نیترات نقره تیتر شد. بمنظور آنالیز داده ها از نرم افزار SAS و جهت آمایش اعداد خام و رسم نمودارها، از نرم افزار اکسل استفاده شد.

نتایج و بحث

نتایج تجزیه واریانس داده ها از بخش اول تحقیق (جدول 1) نشان داد که تفاوت بین ژنوتیپ ها و غلظت های مختلف شوری برای درصد جوانه زنی و سرعت جوانه زنی معنی دار بود، اما تاثیری بر اثرات متقابل ژنوتیپ x شوری نداشت. با بررسی سرعت جوانه زنی مشخص شد (شکل 1) که ژنوتیپ های با درصد جوانه زنی بالا مانند FLIP95-64C در محیط شور سرعت جوانه زنی بالاتری نیز دارا هستند (شکل 2). همانطور که مشخص است شیب کاهش درصد جوانه زنی تا 50 میلی مول برای هر دو ژنوتیپ مقاوم و حساس بسیار مشابه است اما پس از 50 میلی مول کاهش درصد جوانه زنی برای ژنوتیپ حساس (FLIP 95-58C) شیب تندتری دارد. در مورد سرعت جوانه زنی نیز شیب کاهش با افزایش غلظت برای ژنوتیپ حساس تندتر بوده و تا انتها همچنان ادامه داشت (شکل 1، 2). روانا و همکاران (1986) به نتایجی خلاف تحقیق حاضر دست یافتند.
از آنجایی که هر چه شیب کاهش کندتر باشد نشان از مقاومت بیشتر ژنوتیپ مورد نظر در شرایط تنش دارد لذا می توان جهت غربال ژنوتیپ های مقاوم از این ویژگی استفاده نمود. مقایسه میانگین ها حاکی از کاهش درصد جوانه زنی و سرعت جوانه زنی برای غلظت بیشتر شوری است (جدول 2) که با نتایج دیگر محققان بر روی گیاهان زراعی مختلف؛ کلزا (20)، سویا (5)، گراس های مختلف (13 و14)، لوبیا، لوبیا چشم بلبلی و نخود (22) مطابقت دارد. کاهش شاخص های جوانه زنی مورد مطالعه را می توان به کاهش سرعت جذب اولیه آب و همچنین تاثیر منفی پتانسیل های اسمزی کم و سمیت یون ها بر فرآیندهای بیوشیمیایی جوانه زنی نسبت داد (16).
در بخش دوم تحقیق، تفاوت های بین صفات طول گیاهچه، طول ریشه چه، وزن خشک کل و شاخص تحمل به شوری ژنوتیپ ها از لحاظ آماری در سطح یک درصد معنی دار بودند (جدول 4). ژنوتیپ هایی که میانگین طول گیاهچه بیشتری داشتند (FLIP94-107C ، FLIP93-182C و ILC482) از لحاظ طول ریشه چه الزاماً برتر نبودند (جدول 4).
بالعکس ارقام FLIP95-69C، FLIP95-4C و FLIP95-67C که در مقایسه میانگین ها، دارای بالاترین میانگین طول ریشه چه بودند از لحاظ طول گیاهچه در رده میانی قرار گرفتند. محاسبه آستانه شوری (جدول 3) مشخص ساخت، که ژنوتیپ های FLIP93-174C و FLIP93-57C به ترتیب با 02/1 و ds/m 04/1 دارای کمترین آستانه شوری و ژنوتیپ های FLIP95-64C و FLIP95-50C به ترتیب با 15/4 و ds/m 32/4 بیشترین میزان آستانه شوری را داشتند. همان طور که ذکر شد ژنوتیپ مقاوم FLIP95-50C بر اساس مقدار آستانه مورد انتخاب قرار گرفته است اما الزاماً دارای STI حداکثر نیست (جدول 4).
این پدیده ممکن است به این دلیل باشد که توان لاین های با عملکرد بالا در تبدیل تمام کربن جذب شده به پتانسیل عملکرد بیشتر است، در حالی که لاین های با عملکرد پایین ممکن است هنوز برخی از سازوکارها را برای سازگاری باتنش نداشته باشند، به علاوه در اندازه گیری تحمل به نمک به منظور غربال کردن ارقام، پیچیدگی های خاصی وجود دارد که سبب می شود تفسیر نتایج مشکل شود.

در بخش سوم این مطالعه، دو ژنوتیپ برگزیده شده از آزمایشات قبل (FLIP95-57C و FLIP95-50C) در صفات طول اندام هوایی، طول ریشه چه، تعداد برگ در گیاهچه، وزن اندام هوایی، وزن ریشه و وزن خشک کل، اختلاف معنی داری از لحاظ آماری داشتند (جدول 5). در مقایسه میانگین ها بوسیله آزمون چند دامنه ای دانکن معلوم شد که گیاهچه های شاهد ارتفاع بیشتری یافتند و با افزایش غلظت، کاهش ارتفاع در هر دو ژنوتیپ مشهود بود.
اما در ژنوتیپ مقاومت (FLIP 95-50C) روند کاهش تقریباً باشیب کمتری صورت گرفت و حتی بعد از 60mM اندکی افزایش نشان داد و در ژنوتیپ حساس (FLIP95-57C) پس از 30mM کاهش باشیب ملایم تر ادامه داشت (شکل 3). در مورد صفت طول ریشه هر دو ژنوتیپ از کاهش برخوردار بودند ولی میزان آن در ژنوتیپ حساس بیشتر بود (شکل 3).
در بخش سوم این مطالعه، دو ژنوتیپ برگزیده شده از آزمایشات قبل (FLIP95-57C و FLIP95-50C) در صفات طول اندام هوایی، طور ریشه چه، تعداد برگ در گیاهچه، وزن اندام هوایی، وزن ریشه و وزن خشک کل، اختلاف معنی داری از لحاظ آماری داشتند (جدول 5) در مقایسه میانگین ها بوسیله آزمون چند دامنه ای دانکن معلوم شد که گیاهچه های شاد ارتفاع بیشتری یافتند و با افزایش غلظت، کاهش ارتفاع، در هر دو ژنوتیپ مشهود بود اما در ژنوتیپ مقاوم (FLIP95-50C) روند کاهش تقریباً با شیب کمتری صورت گرفت و حتی بعد از 60mM اندکی افزایش نشان داد و در ژنوتیپ حساس(FLIP 95-57C) پس از 30mM کاهش با شیب ملایم تر ادامه داشت (شکل 3). در مورد صفت طول ریشه هر دو ژنوتیپ از کاهش برخوردار بودند ولی میزان آن در ژنوتیپ حساس بیشتر بود (شکل 3)
تعدادبرگ نیز تحت تاثیر غلظت نمک اختلاف معنی داری را نشان داد به طوریکه غلظت بیشتر نمک کاهش زیاد را در تعداد برگ ایجاد کرد (جدول 5). از آنجایی که تولید گیاه بواسطه سطح برگ و نسبت فتوسنتز خالص تعیین می شود، بدنبال تنش شوری کاهش رشد گیاه در ژنوتیپ حساس مشهودتر خواهد بود. از جمله عوامل موثر بر ریزش برگ ها، تاثیر سدیم بر افزایش بازدارندگی نوری فتوسنتز می باشد، به این ترتیب در ناحیه در حال توسعه پهنک برگ که در معرض تابش نوری است تجمع یون سدیم، پیری برگ را شدت بخشیده و موجب تسریع ریزش آن می گردد (11). در صفت وزن کل گیاهچه بین دو ژنوتیپ تفاوت معنی داری از لحاظ آماری وجود داشت. افزایش اندک در غلظت نمک در هر دو ژنوتیپ حساس و مقاوم سبب افزایش در وزن ریشه گیاهچه ها شد (شکل 4). پلات و همکاران نیز به نتایجی مشابه دست یافته بودند (17). در میزان تجمع یون سدیم بین دو ژنوتیپ حساس و مقاوم نیز اختلاف معنی دار وجود داشت و غلظت آن در ژنوتیپ مقاوم تر (FLIP95-50C) نسبت به ژنوتیپ حساس کمتر بود (شکل 5) که با نتایج رنگل (18) مطابقت دارد. احتمالاً اینحالت به این دلیل است که گونه های متحمل تر به نمک، یون های Ca2+ و K+ را را در حد بالا نگه داشته و از علظت Na2+ ,K+ می کاهند(6).به عبارت دیگر می توان گفت که عکس العمل عمده گیاه نسبت به تنش شوری تغییر ازهوموستازی Ca2+ می باشدو تحمل گیاه به نمک به اجتناب ازسمیت Na+ و حفظ غلظت Ca+و K+ نسبت داده می شود (18). البته به نظر نمی رسد که یون سدیم عنصری ضروری برای گیاه محسوب شود گرچه ممکن است بتواند فشار تورژسانش را حفظ کند اما قادر نخواهد بود جانشین کارکردهای ویژه Ca2+ و K+ شود.

از آنجایی که اکثر لگوم ها از گیاهانی هستند که Na+ را دفع می کنند شاید یکی از دلایل کمتر بودن میزان این یون، در ژنوتیپ مقاوم تر در تحقیق حاضر باشد. احتمالاً در گیاه نخود بدنبال تنش شوری، بواسطه تاثیربودن سدیم آپوپلاستی بر غشاء مکانیسم پیام رسانی فعال شود، که سبب دفع این یون از گیاه می گردد. نتایج آنالیز واریانس روی محتوی یون کلرید در دو ژنوتیپ مقاوم(FLIP95-50C) و حساس (FLIP95-57C) موجود می باشد و مشاهدات حاکی از آن است که یون کلرید نیز همانند سدیم در ارقام مقاوم غلظت کمتری دارد (شکل 5). همچنین علت کمتر بودن غلظت یون کلرید می تواند وجود مکانیسمی باشد که موجب دفع آن از گیاه می گردد (9). بررسی محققان دیگر نیز نشان می دهد که ارقام حساس تر میزان جذب بالاتری حتی در شرایط کم نمک داشتند و آزادسازی C1- از سیمپلاست به درون آوند چوبی کمتر کنترل می شود (11). این مطالعه نشان داد که پاسخ ژنوتیپ های مختلف گیاه نخود به تنش شوری در مرحله جوانه زنی با مرحله گیاهچه متفاوت است بطوریکه ژنوتیپ FLIP95-64C که دارای قدرت جوانه زنی مناسبی است، آستانه شوری پایین تری نسبت به ژنوتیپ FLIP95-50C داشت در حالی که در آزمایش غربال گری، ژنوتیپ FLIP95-50C دارای حداکثر آستانه تحمل بود. همچنین بر طبق نتایج حاصله گمان می رود که احتمالاً مکانیسم مقابله با شوری در گیاه در مواجه با تنش از نوع دفع یونی است. از آن جایی که می توان کشت زمستانه این گیاه را در مناطقی که محصولات اندکی قادر به رشد می باشند گسترش داد و نیز سبب بهبود عملکرد دانه در نواحی شد که اخیراً تحت تاثیر شوری قرار گرفته اند، انتخاب ژنوتیپ مقاوم اهمیت خاصی خواهد داشت. همچنین این ژنوتیپ ها برای تحقیقات متخصصان اصلاح نباتات ارزشمند بوده و سبب توسعه ارقام جدید خواهد گردید.

سپاسگزاری

از همکاری مدیر محترم وقت گروه زراعت و اصلاح نباتات پردیس ابوریحان – دانشگاه تهران به دلیل حمایت های بیدریغ و همچنین مرکز تحقیقات دیم مراغه جهت تامین بذور، صمیمانه قدردانی به عمل می آید.

منابع:

1. اصغر زاده ا. 1375. بررسی پتانسیل تثبیت ازت در همزیستی سویه های بومی ریزوبیوم با دو رقم اصلی نخود. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس.
2. انفراد ا.، ن. مجنون حسینی و ک. پوستینی. 1382. بررسی جوانه زدن ارقام کلزا در شرایط شوری. مجله کشاورزی، نشریه علمی پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، جلد 5، شماره 2، صفحه 17-7.
*استادیارگروه زراعت پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران
**دانشجوی دکتری اکولوژی گیاهان زراعی پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران
***پژوهشگر موسسه بیوتکنولوژی، کرج
****دانشجوی کارشناسی ارشد زراعت پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران

پي نوشت :

- Percision 818-1
Broghton and Dilworth-2
Salt tolerance index(STI)-3

منبع: نشریه پژوهش در علوم کشاورزی جلد چهارم شماره اول
/س