فرآیند و کارکرد گیاهی

اثر پرایمینگ با نیترات کلسیم و نانو اکسید روی بر جوانه­زنی
 بذر و رشد گیاهچه سیاهدانه تحت تنش شوری

مسلم مددی، سعید خماری^*، احمد جوادی و امید سفالیان

گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی

 (تاریخ دریافت: 05/11/93، تاریخ پذیرش نهایی: 05/02/1394)

چکیده:

انواع روش­های پرایمینگ بذر به طور گسترده جهت بهبود قابلیت جوانه­زنی بذر و استقرار گیاهچه­ بسیاری از گیاهان اقتصادی به ویژه تحت تنش­های محیطی مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا جهت ارزیابی سودمندی پرایمینگ بر شاخص­های مختلف فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی جوانه­زنی بذر و رشد گیاهچه سیاهدانه در شرایط تنش شوری، آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک­های کامل تصادفی با چهار تکرار در مجموعه آزمایشگاهی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه محقق اردبیلی اجرا گردید. عوامل آزمایشی شامل پنج سطح پرایمینگ (شاهد بدون پرایمینگ، پرایمینگ با نانو اکسید روی، نیترات کلسیم، نانو اکسید روی+نیترات کلسیم و پیش تیمار آبی) و سه سطح شوری (0، 50 و 100 میلی مولار) بود. نتایج این پژوهش نشان داد که با وجود اثر بازدارنده­ شوری بر شاخص­های جوانه­زنی بذر و رشد گیاهچه سیاهدانه، پیش تیمار بذر با افزایش میانگین این شاخص­ها اثرات سوء ناشی از تنش شوری را تا حدود زیادی رفع نمود. با افزایش غلظت نمک در محیط جوانه­زنی بذور، میزان پروتئین کل گیاهچه­ها کاهش و فعالیت آنزیم کاتالاز افزایش یافت، ولی با اعمال پرایمینگ مقدار پروتئین و فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچه­ها تحت تنش شوری روند افزایشی داشت. از بین تیمارهای به کار رفته، پیش تیمار نانو اکسید روی+کلسیم بیشترین کارایی و بهترین عملکرد را در کاهش اثرات سوء ناشی از تنش شوری بر صفات مورد اندازه گیری در گیاه دارویی سیاهدانه داشت.

کلید واژه­ها: پرایمینگ بذر، تنش شوری، سیاهدانه، سیستم آنتی اکسیدان، قابلیت جوانه­زنی.

مقدمه:

در سال­های اخیر، سیاهدانه  (Nigella sativa L.) به عنوان یکی از گونه­های متعلق به خانواده آلاله (Ranunculaceae) به خاطر روغن و سایر ترکیبات زیستی فعال موجود در بذور آن مورد توجه قرار گرفته است. امروزه این گیاه دارویی در طب سنتی مورد استفاده واقع شده و همچنین به عنوان گیاه زینتی و تولید کننده­ی شهد زیاد در گل­ها شناخته شده است. مثل اغلب گیاهان زراعی، مراحل اولیه جوانه­زنی بذر و استقرار گیاهچه و در ادامه رشد رویشی و زایشی و عملکرد نهایی گیاهان دارویی و معطر نیز می­تواند تحت تاثیر محدودیت­های محیطی نظیر تنش شوری قرار گیرد. به طوری که در تعدادی از مطالعات، اثرات منفی شوری بر جوانه­زنی گیاهان دارویی مختلف و کاهش عملکرد روغن و اسانس توام با تغییر در ترکیب مواد موثره گزارش گردیده است (Filippo et al., 2002).

شوری خاک یکی از عوامل محیطی است که پراکنش و قابلیت تولید بسیاری از گیاهان اقتصادی را به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک دچار محدودیت می­کند. گذشته از این بر اساس برآوردها، مساحت خاک­های شور در جهان به طور متوسط سالانه حدود 10 درصد افزایش می­یابد (Ashraf and Foolad, 2005). در بسیاری از گیاهان، مرحله جوانه­زنی بذر و سبز شدن گیاهچه جزو حساس­ترین مراحل رشدی به تنش شوری محسوب می گردد (یاوری و همکاران، 1380؛ Munns and James, 2003). حضور نمک در محیط ممکن است آغاز فرآیند جوانه زدن را به تاخیر انداخته، سرعت آن را کاهش داده و همچنین غیر یکنواختی جوانه­زنی بذر را سبب شود. یکی از نخستین مشکلات فیزیولوژیکی که در طی جوانه­زنی در شرایط شور رخ می­دهد، کاهش جذب آب توسط بذر به علت پتانسیل آبی پایین در محیط می­باشد. آب نوشی آهسته توسط بذر ممکن است موجب یک سری تغییرات متابولیکی گردد که شامل افزایش یا کاهش فعالیت برخی آنزیم­ها، اختلال در انتقال مواد غذایی معدنی به بافت­های در حال توسعه، اختلال در متابولیسم نیتروژن، عدم تعادل در سطوح مواد تنظیم کننده رشد گیاه، افت هیدرولیز و استفاده از ذخایر غذایی و تجمع مواد اسمزی سازگار نظیر قندهای محلول، پرولین آزاد و پروتئین­های محلول می­باشد (Ashraf and Foolad, 2005؛ کافی و همکاران، 1388).

اثرات منفی شوری می­تواند به وسیله اقدامات مختلفی رفع گردد که پرایمینگ (پیش تیمار) بذر از جمله این روش­ها محسوب می­شود. انواع پرایمینگ دارای محاسن و معایبی خواهند بود و بسته به گونه گیاهی، مرحله نموی گیاه، غلظت عامل پیش تیمار و مدت زمان اعمال تیمار اثرات متفاوتی بر جا خواهند گذاشت (Ashraf and Foolad, 2005). از فواید پرایمینگ بذر می­توان به افزایش درصد جوانه­زنی، خروج یکنواخت­تر و سریع­تر گیاهچه­ها، ایجاد دامنه دمایی وسیع­تر برای جوانه­زنی، بازسازی و ترمیم سلول­های آسیب دیده، کاهش موانع رشد جنین، افزایش کمی و کیفی سنتز پروتئین­ها، حذف خواب بذر، افزایش تحمل به تنش­های محیطی هنگام کشت و افزایش قدرت نموی گیاه اشاره کرد (McDonald, 2000). تحقیقات زیادی نشان داده است که رشد گیاه در شرایط شور به واسطه پیش تیمار بذر با آب یا ترکیبات آلی بهبود می­یابد (کافی و همکاران، 1388).

عناصر غذایی نقش­های متعددی را در گیاه ایفا می­کنند و به ویژه وجود این عناصر در حد کفایت برای بهبود رشد گیاه در شرایط وقوع تنش­های محیطی لازم است، که در این میان عناصر روی و کلسیم از اهمیت ویژه­ای برخوردارند (ملکوتی و همکاران، 1378). از طرف دیگر، پرایمینگ بذر به عنوان یکی از روش­های کم هزینه، علاوه بر بهبود جوانه­زنی در شرایط محدودیت عناصر روی و کلسیم، ممکن است مزایایی برای گیاه سیاهدانه به جهت افزایش استقرار مزرعه­ای و عملکرد دانه در بر داشته باشند. در این راستا، Murata و همکاران (2008) اثر مثبت پیش تیمار بذر بادام زمینی با نمک نیترات کلسیم بر افزایش سرعت جوانه­زنی و سبز شدن گیاهچه­ها را گزارش کردند. از طرفی بنا به نظر محققان، کمبود عنصر روی رشد اولیه گیاهچه­ها را به تاخیر انداخته و باعث حساسیت آن­ها به تنش­های بعدی می­شود
Jones and Wahbi 1992) Bort et al., 1998;). در خاک­های دچار کمبود روی، ماده خشک گیاهچه­های حاصل از بذرهای حاوی روی بالاافزایش یافت و همچنین در مراحل بعدی رشد نیز این عنصر را با کارایی بیشتری جذب نمودند
(Graham and Rengel, 1993). پوشش دادن سطحی بذرهای گندم با روی، باعث افزایش معنی­دار عملکرد شد
(Yilmaz et al., 1998). اخیراً، Harris و همکاران (1999) به اثرات مثبت پرایمینگ بذر ذرت با عنصر ریز مغذی روی (به شکل سولفات روی) اشاره داشته و افزایش پارامترهای جوانه زنی و رشد گیاهچه در مقایسه با شاهد (عدم پیش تیمار) را گزارش نمودند. با در نظر گرفتن مسائل ذکر شده و نیز محدودیت منابع علمی در زمینه کاربرد نانو اکسید روی به عنوان یک عامل پرایمینگ بذر هدف از انجام این تحقیق ارائه ی راه حلی در جهت کاهش آسیب­های ناشی از شوری بر جوانه­زنی بذر و استقرار گیاهچه سیاهدانه بود. در همین راستا، پرایمینگ بذور با نانو اکسید روی و نیترات کلسیم در شرایط وقوع تنش شوری بر شاخص­های قدرت بذر و گیاهچه سیاهدانه مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش­ها:

بذور سیاهدانه (یک توده بومی مورد تایید سازمان جنگل­ها و مراتع استان اردبیل) مورد استفاده در آزمایش­ها از سازمان جنگل­ها و مراتع استان اردبیل تهیه گردید. در راستای اجرای این تحقیق، آزمایش اصلی به صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوک­های کامل تصادفی در چهار تکرار در آزمایشگاه فیزیولوژی و تکنولوژی بذر دانشکده­ی علوم کشاورزی دانشگاه محقق اردبیلی پیاده شد. تیمارهای آزمایشی شامل پنج روش پرایمینگ (شاهد، هیدرو پرایمینگ، پرایمینگ با نانو اکسید روی، نیترات کلسیم و نانو اکسید روی+نیترات کلسیم) و سه سطح شوری (0، 50 و 100 میلی مولار) بود. دراین آزمایش، از نانواکسید روی و نیترات کلسیم به ترتیب به عنوان منابع عناصر روی و کلسیم استفاده گردید. به منظور بهینه سازی غلظت عناصر و مدت زمان اعمال پیش تیمارها آزمایش­های مقدماتی در قالب آزمون جوانه­زنی استاندارد ISTA ترتیب داده شد و در نهایت با ملحوظ داشتن حداکثر درصد و سرعت جوانه­زنی و رشد گیاهچه، غلظت 05/0 میلی مولار (از بین غلظت­های 01/0، 05/0، 1/0 و 15/0 میلی مولار) برای نانو اکسید روی و غلظت 1/0 میلی مولار (از بین غلظت­های 02/0، 1/0، 2/0 و 3/0 میلی مولار) برای نیترات کلسیم  و مدت زمان 48 ساعت (از بین دوره­های 12، 24، 36، 48 و 60 ساعت) برای پرایمینگ بذور سیاهدانه تعیین شد. از طرف دیگر به منظور ایجاد سطوح شوری، از نمک NaCl (نمک غالب در خاک­های زراعی شور) استفاده گردید.

بذرها پس از 10 دقیقه ضد عفونی سطحی با محلول یک درصد هیپوکلریت سدیم، بین چند لایه کاغذ صافی کاملا مرطوب در دمای 20 درجه سانتی گراد جهت انجام تیمارهای پرایمینگ قرار داده شدند. تیمار بدون پرایمینگ نیز به عنوان شاهد در نظر گرفته شد. بذور پیش تیمار شده، در دمای آزمایشگاه تدریجا خشک گردیده و میزان رطوبت آن­ها به مقدار اولیه (با کنترل وزن نمونه­ها) رسانده شد. در ادامه، آزمون جوانه­زنی استاندارد مطابق با روش ایستا (ISTA) به صورت چهار تکرار 50 بذری در پتری دیش و در دمای 20 درجه­ی سانتی­گراد انجام شد. شمارش تعداد بذور جوانه زده (خروج دو میلی­متری ریشه­چه) به طور مرتب و روزانه صورت گرفت و تا پایان روز چهاردهم از شروع آزمایش ادامه یافت. در پایان آزمایش، تعداد بذور زنده، درصد جوانه­زنی استاندارد، طول و وزن خشک گیاهچه در هر واحد آزمایشی تعیین گردید. میانگین زمان جوانه­زنی نیز با استفاده از فرمول زیر (Ellis and Roberts, 1981) محاسبه شد:

آغاز آزمایش    nΣ /ِDn Σ= میانگین زمان جوانه­زنی

n= تعداد بذور جوانه زده در هر روز، D= تعداد روز از

اندازه گیری پروتئین کل گیاهچه­های سیاهدانه  با استفاده از روش Bradford (1986) انجام گرفت. محلول­های لازم جهت استخراج و کمی نمودن پروتئین کل گیاهچه شامل: 1- بافر فسفات (1/0 مولار،5/7pH= ) و 2- معرف برادفورد بود. استاندارد­های پروتئین به صورت mg/ml 200-20 از آلبومین سرم گاوی (BSA) تهیه گردید.جهت استخراج پروتئین کل گیاهچه­های سیاهدانه  مقدار 1/0 گرم از نمونه گیاهی با یک میلی­لیتر بافر فسفات درون هاون چینی ساییده شد و پس از انتقال به لوله اپندورفدرrpm12000 به مدت 15 دقیقه و دمای 4 درجه سانتی­گراد سانتریفیوژ گردید. 100 میکرولیتر از روشناور به لوله­های آزمایشی که قبلا پنج میلی­لیتر معرف برادفورد ریخته شده بود اضافه گردید. پس از گذشت 5 دقیقه از تثبیت رنگ محلول، جذب در طول موج 595 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد.

سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز از گیاهچه­های سیاهدانه به روش اسپکتروفوتومتری با استفاده از روش Aebi (1984) انجام گرفت. به منظور استخراج آنزیم کاتالاز، 100 میلی­گرم از نمونه گیاهی در یک میلی­لیتر بافر استخراج (بافر فسفات+PVP)، در دمای 4 درجه سانتی­گراد (با استفاده از هاون چینی سرد) ساییده شد. خمیر (هموژنای) تهیه شده پس از انتقال به لوله­ها در rpm12000 به مدت 15دقیقه و دمای 4 درجه سانتی­گراد سانتریفیوژ شد. جهت ممانعت از تخریب آنزیم­ تا زمان اندازه­گیری فعالیت، نمونه­های سانتریفیوژ شده در دمای 20- درجه سانتی­گراد نگهداری شد. سپس نمونه‌های عصاره حاوی آنزیم از فریزر خارج و در یخ قرار داده شدند. در ادامه 3 میلی لیتر بافر فسفات پتاسیم (100 میلی­مولار،7=pH) و 40 میکرو لیتر محلول پراکسید هیدروژن (30 میلی مولار) در سل کوارتزی ریخته شدند. در ادامه 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی به آن اضافه شد و بعد از پنج دقیقه از شروع واکنش در دمای آزمایشگاه، جذب در طول موج 240 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه­گیری شد. اعداد مربوط به جذب بر عدد ضریب خاموشی پراکسید هیدروژن (µM^-1.cm^-14/39) تقسیم شدند و واحد فعالیت آنزیم کاتالاز بر اساس میکرومول H₂O₂ تولید شده در دقیقه بیان شد. محلول جذب زمینه (Blank) شامل تمام مواد به جز عصاره استخراج شده بود. آنزیم کاتالاز بدون نیاز به عامل احیاء کننده H₂O₂ را به O₂ و H₂O تبدیل می‌کند. تجزیه و تحلیل داده­ها بـا استفاده از نرم افزار آماریSPSS  و MSTATC  و مقایسه میانگین داده­ها با استفاده از آزمون چند دامنه­ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.

نتایج:

با توجه به نتایج تجزیه واریانس داده­ها، درصد بذور زنده، درصد جوانه­زنی استاندارد، میانگین زمان جوانه­زنی بذور و طول و وزن خشک گیاهچه­های سیاهدانه  از نظر روش پرایمینگ، شوری بستر کشت و اثرات متقابل پرایمینگ×شوری تفاوت معنی داری در سطح احتمال یک درصد نشان دادند (جدول 1).

با افزایش سطوح شوری در بستر کشت، تعداد بذور زنده و گیاهچه­های عادی سیاهدانه به طور قابل ملاحظه­ای کاهش یافت. از طرف دیگر، پرایمینگ بذور با نانواکسید روی+نیترات کلسیم به طور قابل توجهی باعث کاهش اثرات سوء ناشی از تنش شوری شد، به طوری که در هر دو سطح شوری، پرایمینگ بذور با نانو اکسید روی+نیترات کلسیم سبب افزایش حدود 9 درصدی بذور زنده و جوانه­زنی استاندارد نسبت به شاهد (عدم پرایمینگ در تنش شوری50 و 100 میلی مولار) گردید. در مورد هیدرو-پرایمینگ می­توان چنین اظهار نمود که پیش تیمار آبی در شرایط شور تا حدودی اثر مثبت بر قوه زیست و قابلیت جوانه­زنی بذور سیاهدانه نسبت به شاهد داشت (شکل 1و 2).

میانگین زمان جوانه­زنی بذرها نیز تحت تاثیر تنش شوری به طور معنی داری افزایش یافت. به طوری که بیش­ترین زمان جوانه­زنی در شرایط شوری 100 میلی مولار نمک NaCl مشاهده شد. پرایمینگ بذور سیاهدانه  با نانو اکسید روی+نیترات کلسیم سبب کاهش مدت زمان جوانه­زنی در حضور نمک گردید. در این راستا با توجه به نتایج مقایسات میانگین، پرایمینگ بذور با نانو اکسید روی و نیترات کلسیم به صورت توام، به طور قابل ملاحظه­ای جوانه­زنی بذور در شرایط شوری را سرعت بخشید. البته پرایمینگ با نانو اکسید روی و نیترات کلسیم به صورت مجزا و همچنین پیش تیمار آبی (هیدرو-پرایمینگ) بذور نیز اثرات سوء تنش شوری بر سرعت جوانه­زنی را تعدیل نموند، ولی این تیمارها از لحاظ آماری با پیش تیمار نانو اکسید روی+نیترات کلسیم در یک گروه قرار نگرفتند (شکل 3).

طول و وزن خشک گیاهچه­ سیاهدانه تحت تاثیر تنش شوری به طور قابل ملاحظه­ای در مقایسه با شاهد (محیط غیر شور) کاهش یافت. کمترین طول و وزن خشک گیاهچه درشوری 100 میلی مولار به دست آمد. در مجموع، روش­های مختلف پرایمینگ موجب افزایش معنی دار طول و وزن خشک گیاهچه سیاهدانه  نسبت به شاهد (عدم پیش تیمار) شدند. از طرف دیگر، پیش تیمار بذور با عناصر کلسیم و روی در مقایسه با هیدرو-پرایمینگ به طور متوسط گیاهچه درشت­تری را ایجاد نمود. پرایمینگ بذور با استفاده از نانو اکسید روی، نیترات کلسیم و همچنین آب مقطر (پیش تیمار آبی) تا حدودی سبب جبران اثرات سوء ناشی از تنش شوری شد، به طوری که بیشترین افزایش در طول (حدود ده سانتی متر) و وزن خشک (حدود 7/1 میلی گرم) گیاهچه­ها در پیش تیمار نانواکسید روی+نیترات کلسیم در شرایط شوری مشاهده گردید (شکل­های 4 و 5).

براساس جدول تجزیه واریانس داده­ها (جدول 2)، روش

جدول1- نتایج تجزیه واریانس اثر پرایمینگ و شوری بردرصد بذور زنده، درصد جوانه­زنی استاندارد، میانگین زمان جوانه­زنی بذور، طول و وزن خشک گیاهچه­های سیاهدانه

**= معنی دار در سطح احتمال 1%، sn = غیر معنی دار

شکل 1- میانگین درصد بذور زنده سیاهدانه متأثر از پرایمینگ بذور و سطوح شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد است.

شکل 2- میانگین درصد جوانه زنی بذور سیاهدانه  متاثر از پرایمینگ بذور و سطوح شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد است.

شکل 3- میانگین زمان جوانه زنی بذور سیاهدانه متأثر از پرایمینگ بذور و سطوح شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد است.

شکل 4- میانگین طول گیاهچه­های سیاهدانه متأثر از پرایمینگ بذور و سطوح شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد است.

شکل 5- میانگین وزن خشک گیاهچه­های سیاهدانه متأثر از پرایمینگ بذور و سطوح شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد است.

های پرایمینگ بذور سیاهدانه و سطوح شوری محیط از نظر مقدار پروتئین کل و فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچه تفاوت معنی

جدول 2- نتایج تجزیه واریانس اثرات پرایمینگ و شوری بر مقدار پروتئین کل و فعالیت آنزیم­ کاتالاز گیاهچه­ی سیاهدانه

**= معنی دار در سطح احتمال 1%، sn = غیر معنی­دار

شکل 6- میانگین میزان پروتئین گیاهچه­های سیاهدانه متأثر از پرایمینگ بذور و سطوح شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد است.

داری در سطح احتمال یک درصد نشان دادند. اثرات متقابل بین پرایمینگ و شوری نیز به لحاظ این دو صفت معنی دار بود. در کل، میزان پروتئین کل گیاهچه­ی سیاهدانه با افزایش شوری محیط جوانه­زنی بذر به طور معنی داری کاهش پیدا کرد. تکنیک پرایمینگ بذور، بهبود نسبی در میزان پروتئین کل گیاهچه ایجاد نمود. به طوری که در شوری 50 میلی مولار پیش تیمار بذور با روی+کلسیم و پیش تیمار بذور با کلسیم، بالاترین میزان پروتئین کل را به خود اختصاص دادند و از نظر آماری در یک گروه قرار گرفتند (شکل 6). از طرف دیگر در شرایط غیر شور نیز اثرات مثبت قابل توجه پرایمینگ با نیترات کلسیم و نانو اکسید روی+نیترات کلسیم بر محتوای پروتئین کل گیاهچه­ی سیاهدانه در مقایسه با شاهد (عدم پیش تیمار) کاملا مشهود بود. در سطح شوری 100 میلی مولار بیش­ترین محتوای پروتئین کل در گیاهچه­های حاصل از بذور پرایم شده با نانو اکسید روی+کلسیم ملاحظه گردید. پیش تیمار آبی بذور نیز سبب افزایش نسبی میزان پروتئین کل گیاهچه سیاهدانه  در شرایط شوری شد، ولی این افزایش جزئی از لحاظ آماری معنی دار نگردید (شکل 6).

فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچه سیاهدانه به طور قابل ملاحظه­ای تحت تاثیر تیمارهای پرایمینگ بذور قرار گرفت. به طور کلی در شرایط بدون تنش شوری، بالاترین فعالیت آنزیم کاتالاز در تیمار شاهد (بدون پرایمینگ) مشاهده شد (شکل 7). از طرف دیگر، با حضور نمک NaCl در بستر کشت بذور سیاهدانه تغییرات فعالیت آنزیم کاتالاز روند متفاوتی را بروز

شکل 7- میانگین فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچه­ی سیاهدانه متأثر از پرایمینگ بذور و سطوح شوری. حروف مشابه بیانگر عدم اختلاف معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد است.

داد. به طوری که در شوری 50 و 100 میلی مولار، بالاترین فعالیت آنزیم کاتالاز (حدود پنج برابر شاهد) در تیمار پرایمینگ با نانو اکسید روی+نیترات کلسیم مشاهده شد. پیش تیمار آبی بذور نیز در شرایط شور سبب افزایش معنی دار فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچه نسبت به بذور پرایم-نشده گردید. روی هم رفته، فعالیت آنزیم کاتالاز گیاهچه سیاهدانه در شرایط تنش شوری و اعمال روش­های مختلف پرایمینگ بذور تغییرات زیادی داشت. به طوری که در پیش تیمارهای آبی و نیترات کلسیم فعالیت آنزیم کاتالاز با شدیدتر شدن شوری روند افزایشی داشت، ولی در پرایمینگ بذور با نانو اکسید روی و همچنین نانواکسید روی+کلسیم با افزایش شوری فعالیت این آنزیم روند کاهشی جزئی غیر معنی­دار نشان داد.

بحث:

با توجه به نتایج به دست آمده، تنش شوری به واسطه افزایش میانگین زمان و کاهش درصد جوانه­زنی و طول و وزن خشک موجب ممانعت از رشد گیاهچه سیاهدانه گردید. این چنین اثرات بازدارنده شوری بر استقرار اولیه گیاهچه گیاه دارویی سیاهدانه با یافته­های قبلی برخی محققان
(;Gulzar and Khan, 2001 ;Rajabi and Postini, 2005 رحیمی و همکاران، 1389) که روی بذر انواع گیاهان اقتصادی از جمله گیاهان دارویی پژوهش نموده­اند مطابقت داشت. درطی تحقیقات گذشته ثابت شده است که از بین شاخص­های جوانه­زنی بذر، درصد و سرعت جوانه زنی از مهم­ترین خصوصیات تاثیر پذیر در شرایط تنش شوری می­باشند (;Munns, 2002; Serraj and Sinclair, 2002
Rajabi and Postini, 2005). رحیمی و همکاران (1389) در مطالعه­ای که روی سیاهدانه انجام دادند گزارش نمودند که افزایش تنش شوری منجر به کاهش سرعت و درصد جوانه­زنی بذور و افزایش تعداد گیاهچه­های غیر عادی گردید. از طرف دیگر، در شرایط تنش شوری علاوه بر اینکه درصد و سرعت جوانه زنی بذور کاهش می­یابد، به دلیل تاخیر در جوانه­زنی، شروع رشد گیاهچه نیز ممکن است به کندی انجام شود، که این فرآیند سبب کاهش طول و وزن خشک گیاهچه می­گردد (Gulzar and Khan, 2001).

با وجود این، به کار گیری روش­های مختلف پیش تیمار بذر در مطالعه حاضر توانست اثرات منفی نمک بر قابلیت جوانه­زنی بذر و رشد اولیه گیاهچه در سیاهدانه را تا حدود زیادی تقلیل دهد، به طوری که نتایج مشابهی در سایر آزمایش­ها روی گیاهان مختلف شامل ذرت، برنج و نخود (Harris et al., 1999)، تاج خروس زینتی (Khan et al., 2003)، جو (Ajouri et al., 2004)، لوبیا (Kaya et al., 2007) و کلزا (محمدی و شریف زاده، 1393) به دست آمده است. اثرات بهبود دهنده نسبی روش­های مختلف پرایمینگ بذر در شرایط تنش­های غیر زنده مانند شوری ممکن است با افزایش متابولیسم پروتئین­ها و RNA در بذرهای پیش تیمار شده (Khan et al., 2003)، افزایش فعالیت آنزیم­های هیدرولیتیک (افزایش کارآیی متابولیسم مواد ذخیره­ای بذر) و نیز افزایش سنتز پروتئین در جنین (Siviritepe and Dourado, 1995) که در نهایت جملگی منجر به افزایش شاخص­های جوانه­زنی و رشد گیاهچه خواهد گردید در ارتباط باشد. Marschner (1995) عنوان نمود که عنصر کلسیم سبب افزایش فعالیت آنزیم­های هیدرولیتیک به ویژه آلفا-آمیلاز و افزایش تقسیم و توسعه سلولی و همچنین استحکام دیواره سلول­ها در گیاهان می­گردد. عنصر روی با تاثیر بر سیستم­های آنزیمی و نیز تنظیم سرعت واکنش­های متابولیکی، به رشد و توسعه گیاهچه کمک می­کند (Price, 1970). از دیگر نقش­های این عنصر فلزی، نقش آن در ایجاد یک سیستم دفاعی سلولی در برابر گونه­های فعال اکسیژن (ROS) است (Murray, 1989). از طرف دیگر، روی نقش اساسی در حفاظت و نگهداری (استحکام) ساختمان غشاهای سلولی (Cakmak et al., 1999) ایفا می­کند. علیرغم عدم استفاده از ترکیبات شیمیایی مختلف حاوی روی در این آزمایش، به نظر می­رسد نانو اکسید روی به دلیل برخورداری از اندازه ذرات بسیار ریز و سطح ویژه بیشتر در مقایسه با سایر نمک­های این عنصر از مزیت بالاتری در جذب توسط سلول های بذری و انتقال بعدی برخوردار باشد. بنابراین، با توجه به افزایش تولید ROS و در نتیجه تخریب غشاهای زیستی و دیواره سلولی به واسطه تنش شوری (;Bhattacharjee and Mukherjee, 2002 Ashraf and McNeilly 2004)، می­توان دلایل احتمالی تأثیر مثبت و ترمیمی پرایمینگ بذر با نانو اکسید روی و نیترات کلسیم بر بهبود شاخص­های جوانه­زنی و توسعه گیاهچه سیاهدانه تحت تنش شوری را موارد ذکر شده در بالا دانست.

با توجه با نتایج آزمایش، با افزایش سطوح شوری به طور قابل ملاحظه­ای پروتئین گیاهچه­های سیاهدانه  کاهش یافت. در این راستا Dubey (1999) گزارش نمود که، شوری با کاهش سنتز پروتئین و افزایش فعالیت آنزیم­های پروتئولیتیک میزان پروتئین را در گیاه کاهش می­دهد. از آنجا که ROSهای تولیدی در شرایط تنش شوری باعث تخریب پروتئین می­شود، لذا برای خنثی نمودن تخریب ROSها، تغییر کمی پروتئین­هایی که نقش مهمی در به دام انداختنROS  دارند، از قبیل کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، سوپر اکسید دیسموتاز و کربونیک آنیدراز نقش مهمی را ایفا می­کنند (Caruso et al., 2009). در این مطالعه نیز مقدار بیان آنزیم کاتالاز تحت تنش شوری افزایش یافت. آنزیم کاتالاز یکی از مهم­ترین اجزای سیستم آنتی اکسیدان می­باشد که با شدت تنش افزایش می­یابد و با استفاده از تکنیک پرایمینگ بذرها می­توان میزان فعالیت این آنزیم در گیاهان تحت تنش را افزایش بیش­تری داد
(Moosavi et al., 2009). برای مثال گیاهچه­های حاصل از بذرهای پرایم شده خربزه در مقایسه با گیاهچه­های رشد یافته از بذرهای پرایم نشده، فعالیت کاتالاز بیش­تری را نشان داند (Farhoudi et al., 2007). دلیل افزایش فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدان تحت تنش­های محیطی در اثر پرایمینگ، می­تواند به واسطه بهبود و تسریع ساخت DNA در بافت­ها جنینی در مدت پرایمینگ باشد. لذا با توجه به اثر عنصر روی بر فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدان (Murray, 1989) و همچنین ضرورت حضور عنصر کلسیم جهت فعال سازی پروموتورهای ژن­های تنشی (Sheen, 1996)، بهبود فعالیت آنزیم کاتالاز و محتوی پروتئینی گیاهچه­های سیاهدانه تحت تاثیر پرایمینگ بذور با نانواکسید روی و نیترات کلسیم قابل توجیه است.

نتیجه­گیری:

پیش تیمار بذور با نانو اکسید روی، افزایش قابلیت جوانه­زنی بذر و توسعه گیاهچه در شرایط غیر تنش (شاهد) را باعث شد. از طرف دیگر، در تنش شوری از سودمندی پرایمینگ با نانو اکسید روی در مقایسه با شاهد (عدم اعمال شوری) به طور قابل ملاحظه­ای کاسته شد. در کل، پرایمینگ بذور با نیترات کلسیم و نیترات کلسیم+نانو اکسید روی موجب بهبود شاخص­های جوانه­زنی و رشد گیاهچه سیاهدانه در شرایط وقوع تنش شوری گردید. با توجه به گزارش­های متعدد مبنی بر اثرات مثبت و محرک عنصر کلسیم در رفع آسیب­های ناشی از تنش شوری و در نتیجه القای تحمل به تنش در گیاهان، می­توان کاربرد انواع ترکیبات معدنی کلسیم دار نظیر نیترات کلسیم را به منظور پرایمینگ بذور گیاهان اقتصادی توصیه نمود. مطالعات ما در راستای ارزیابی بیشتر و دقیق­تر در ارتباط با اثرات مثبت و محرک پرایمینگ بذر بر افزایش قابلیت تحمل گیاهان اقتصادی مختلف علی­الخصوص گیاهان دارویی به تنش­های محیطی از جمله شوری و نیز بررسی جزئیات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی پاسخ­های گیاهی در این زمینه کماکان ادامه دارد.

منابع:

رحیمی، ا.، شمس الدین سعید، م.، اعتمادی، ف. (1389) اثر تنش شوری بر جوانه زنی، رشد رویشی و مقادیر یونی سیاهدانه . فصلنامه علمی- پژوهشی خشک بوم، 1: 20-30.

کافی، م.، برزوئی، ا.، صالحی، م.، کمندی، ع.، معصومی، ع.، نباتی، ج. (1388) فیزیولوژی تنش­های محیطی در گیاهان. چاپ اول ، جهاد دانشگاهی مشهد ، مشهد.

محمدی، ی.، شریف زاده، ف. (1393) اثر پرایمینگ با کلسیم کلرید بر مولفه­های جوانه زنی و رشد اولیه بذر کلزا در شرایط تنش شوری. سیزدهمین گنگره ملی علوم زراعت و اصلاح نباتات و سومین همایش علوم و تکنولوژی بذر، کرج، 6-4 شهریور،87-92 .

ملکوتی، ج.، جیرفتی، م.، لطف­اللهی، م. (1378) نقش روی در افزایش کمی و کیفی محصولات کشاورزی سلامتی جامعه، چاپ اول، نشر آزمون کشاورزی، تهران.

یاوری، ا.، صادقیان، ی.، مصباح، م. (1380) استفاده از مانیتول به عنوان عامل تنش خشکی در مرحله جوانه­زنی بذر و رشد اولیه گیاهچه چغندرقند در کشت درون شیشه. مجله چقندرقند  17: 37-43.

Aebi, H. (1984) Catalase in vitro. Method enzymol 105: 121-126.

Ajouri, A., Asgedom, H. and Becker, M. (2004) Seed priming enhances germination and seedling growth of barley under conditions of P and Zn deficiency. Journal of Plant Nutrition and Soil Science
167:630–636.

Ashraf, M. and Foolad, M. R. (2005) Pre-sowing seed treatment a shotgun approach to improve germination growth and crop yield under saline and none-saline conditions. Advances in Agronomy 88: 223-271.

Ashraf, M. and T. McNeilly. (2004) Salinity tolerance in Brassica oilseeds. Critical Review of Plant Science 23: 157-174.

Bhattacharjee, S. and Mukherjee, A. K. (2002) Salt stress induced cytosolute accumulation, antioxidant response and membrane deterioration in three rice cultivars during early germination. Seed Science and Technology 30: 279-287.

Bort, J., Araus, J. L., Hazzam, H., Grando, S. and Ceccarelli, S. (1998) Relationships between early vigor, grain yield, leaf structure and stable isotope composition in field grown barley. Plant Physiology and Biochemistry 36: 889-897.

Bradford, K. Y. (1986) Manipulation of seed water relations via osmotic priming to improve germination under stress conditions. Horticultural Science 21: 1105-1112.

Cakmak, I., Kalayci, M., Ekiz, H., Braun, H. J., Yilmaz, A. (1999) Zinc deficiency as an actual problem in plant and human nutrition in Turkey: A NATO – Science for Stability Project. Field Crops Research 60: 175-188.

Caruso, G., Cavaliere, C., Foglia, P., Gubbiotti, R., Samperi, R. and Lagana, A. (2009) Analysis of drought responsive proteins in wheat (Triticum durum) by 2D-PAGE and MALDI-TOF mass spectrometry. Plant Science 177: 570–576.

Dubey, R. S. (1999) Protein synthesis by plants under stressful conditions. In: handbook of plant and crop stress. (ed. Pessarakli, M.) Pp. 153-167. New York. Marcel Dekker, USA.

Ellis, R. and Roberts E. (1981) The quantification of ageing and survival in orthodox seeds. Seed Science and Technology 9: 373-409.

Farhoudi, R., Sharifzadeh, F., Poustini, K.,  Makkizadeh, M.T. and Kochakpor, M.  (2007) The effects of NaCl priming on salt tolerance in canola (Brassica napus L) seedlings grown under saline conditions. Seed Science and Technology
35: 754-759.

Filippo, L., Moretti, A. and Lovat, A. (2002) Seed yield, yield components, oil content and essential oil content and composition of Nigella sativa L. And Nigella damascena L. Industrial Crops and Products 15: 59-69.

Graham, R. D. and Rengel, Z. (1993) Genotypic variation in zinc uptake and utilization by plants. In: Zinc in Soils and Plants (ed. Robson, A. D.) Pp. 107-118. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

Gulzar, S., Khan, M. A. (2001) Seed germination of a halophytic grass Aeluropus lagopoides. Annals of Botany 87 319- 324.

Harris, D., Joshi, A., Khan, P. A., Gothkar, P. and Sodhi, P. S. (1999) On-farm seed priming in semi-arid agriculture: Development and evaluation in maize, rice and chickpea in India using participatory methods. Experimental Agriculture 35:15-29.

Jones, M. J. and Wahbi, A. (1992) Site-factor influence on barley response to fertilizer in on-farm trials in northern Syria: descriptive and predictive models. Experimental Agriculture 28: 63- 87.

Kaya, M., Atak, M., Khawar, K. M., Çiftçi, C. Y., Ozcan, S. (2007) Effect of pre-sowing seed treatment with zinc and foliar spray of humic acids on yield of common bean (Phaseolus vulgaris L.). International Journal of Agriculture and Biology 7: 875-878.

Khan, M., Qasim, M., Javid Iqbal, M., Naeem, A. and Abbas, M. (2003) Effectof seed humidification on germinability, vigor and leakage in Cockscom (Celosia argentea L.). International Journal of Agriculture and Biology 5: 499-503.

Marschner, H. (1995) Mineral nutrition of higher plants. 2^nd ed., Academic Press.

McDonald, M. B. (2000) Seed Priming. In: Seed Technology and Its Biological Basis (ed. Black, M. and Bewley, J. D.) Pp. 287-325. Sheffield Academic Press, Sheffield.

Moosavi, A., Tavakkol-Afshari, R., Sharif-Zadeh, F. and Aynehband, A. (2009) Effect of seed priming on germination characteristics, polyphenol oxidase, andperoxidase activities of four amaranth cultivars. Journal of Food Agriculture and Environment 7: 353-358.

Munns, R. and James, R. A. (2003) Screening method for salinity tolerance: a case study with tetraploid wheat. Plant and Soil 253: 201-218.

Munns, R. (2002) Comparative physiology ofsalt and water stress. Plant, Cell and Environment
 25: 239-250.

Murata, M. R., Zharare, G. E. and Hammes, P. S. (2008) Pelleting or priming seed with calcium improves groundnut seedling survival in acid soils. Journal of Plant Nutrition 31: 1736-1745.

Murray, D. R. (1989) Biology of food irradiation. Research Studies Press. U. K.

Price, G. (1970) Molecular Approaches to plant physiology. Me Grow Hill book co., New york,
 338 Pp.

Rajabi, R. and Postini, K. (2005) Effect of NaCl on thirty caltivars of bread wheat seed germination. Journal of Agricultural Science 27: 29-45.

Serraj, R. and Sinclair, T. R. (2002) Osmolyte accumulation: can it really help increase crop yield under drought conditions? Plant Cell Environment 25, 333-341.

Sheen, J. (1996) Ca²⁺-dependent protein kinases and stress signal transduction in plants. Science 274:1900–1902.

Siviritepe, H. O., and Dourado, A. M. (1995) The effects of priming treatments onthe viability and  accumulationof  chromosomal damage in aged pea seeds. Annual Botany 75: 165-171.

Yilmaz, A., Ekiz, H., Gültekin, I., Torun, B., Barut, H., Karanlik, F. and Cakmak, I. (1998) Effect of seed zinc content on grain yield and zinc concentration of wheat grown in zinc-deficient calcareous soils. Journal of Plant Nutrition 21: 2257- 2264.