خواب بذر و روشهای شکست آن

لازمه موفقیت در تولید محصول، به کیفیت بالای بذر وابسته است. بذری دارای کیفیت است که کامل، سریع و یکنواخت جوانه بزند. با این حال گاهی با وجود تمامی شرایط موجود (رطوبت، دما و…) جوانه زنی بذر صورت نمی­گیرد. یکی از دلایل عمده این امر وجود خواب یا خفتگی (dormancy) در بذر است. خواب بذر یکی از مهمترین مکانیسم های سازگاری در گیاهان است که در صورت شرایط نامناسب برای ادامه رشد، بذرها را از جوانه زنی زودرس محافظت میکند. تعداد زیادی از بذرهای گیاهان قادر به جوانه زنی بلافاصله پس از جدا شدن از گیاه والد نیستند. در این حال با وجود شرایط رطوبتی و دمایی مناسب مکانیسم­ هایی در بذر وجود دارد که مانع از جوانه زنی بذر در آن مقطع مورد نظر میشود.

سه نوع خواب اصلی در بذر را می توان در نظر گرفت که عبارتند از:

خواب فیزیکی (Physical dormancy): این نوع خواب به طور عمده به دلیل مقاوم بودن پوشش بذر یا میوه ایجاد می­شود (hard seed)، در این حالت بذر قادر به ایجاد تبادل اکسیژن و رطوبت با محیط نیست. این شکل از خواب بیشتر در خانواده بقولات (Fabaceae) دیده می­شوند. این نوع از خواب ممکن است با خراش ­دادن بذر که اصطلاحاً اسکاریفیکاسیون (scarification) نامیده می­شود، شکسته شود. خراش­دهی در حالت طبیعی در بذر بدون دخالت انسان ممکن است توسط آتش سوزی، فعالیت تجزیه­ ای میکروارگانیسم ها بر روی پوسته سخت بذر، دماهای متناوب سرما و گرما بالا مانند یخ زدن و ذوب شدن آب در خاک اطراف بذر، و یا ساییده شدن در سیستم گوارشی حیوانات مختلف به ویژه پرندگان صورت گیرد (شکل زیر).

خواب بذر
ساییده شدن و کاهش مقاومت پوسته بذر در سیستم گوارشی پرندگان نوعی اسکاریفیکاسیون (خراش دهی) طبیعی میباشد

   به طور مصنوعی ساییدن با سمباده یا سوهان و یا قرار دادن در قوطی شن، سوراخ کردن پوسته بذر، استفاده از آب جوش، استفاده از خورنده­های شیمیایی مانند اسیدکلریدریک و اسید سولفوریک برای مدت زمان معین بسته به سختی بذر، می­تواند سپس نفوذ­پذیر کردن پوسته بذر و در نتیجه افزایش جوانه­زنی در بذرها شود. شکل زیر چندین روش خراشدهی در بذرها را نشان می­دهد.

خواب بذر خواب بذر خواب بذر

همچنین ممکن است مهار جوانه زنی به دلیل وجود پوشش بذر (seed coat) در اطراف بذر باشد. در این حالت برداشتن پوشش بذر میتواند تاثیر مهمی در جوانه زنی بذر داشته باشد.

خواب مورفولوژیکی (Morphological dormancy): در برخی بذور، وجود خواب در بذر به دلیل نارس بودن جنین بذر (immature embryos) در زمان ریزش بذر است. در این شرایط بذر برای رسیدن به بلوغ فیزیولوژیکی نیاز به استراحت پس از جدا شدن از والد خود دارد که به پس رسی بذر (after-ripening) معروف است. برای برطرف شدن این نوع خواب بسته به نوع بذر، بهتر است بذر در مکانی خنک و دور از رطوبت انبار شود تا جنین به رشد و بلوغ نهایی خود برسد. در شکل زیر بذر چند گونه از گیاه Lonicera که دارای خوای مورفولوژیکی هستند را مشاهده می­نمایید.

خواب بذر
بذر سه گونه از گیاه پیچ امین الدوله (Lonicera) که دارای خواب مورفولوژیکی بوده و پس از گذشت ۳ تا ۱۶ هفته جنین بذر به بلوغ فیزولوژیک کامل می­رسد (از چپ به راست با گذشت زمان جنین بذر کامل میشود)

خواب فیزیولوژیکی (Physiological dormancy): این نوع خواب متداولترین نوع خواب در بذر محسوب می­­شود.  این نوع خواب به طور معمول به دلیل حضور هورمون­ های مختلف به بذر القاء می­شود. اسید آبسیزیک (abscisic acid) به عنوان یک فیتوهورمون اصلی تنظیم کننده القای خواب در بذر در نظر گرفته می شود. همچنین وجود ترکیبات شیمیایی خاص مانند فنول ها در داخل بذر باعث غیرفعال شدن مسیرهای متابولیک شده و در نتیجه از جوانه زنی بذر جلوگیری می­کند.

برای شکست این نوع خواب بسته به نوع بذر چندین روش مورد استفاده قرار می­گیرد. که در زیر به آنها خواهیم پرداخت:

  • استفاده از هورمون: یکی از متداولترین هورمونهای مورد استفاده برای شکست خواب فیزیولوژیکی بذر، هورمون گیاهی اسید جیبرلیک (gibberellic acid) است. یکی از خواص قابل توجه اسید جیبرلیک توانایی آن در کوتاه کردن دوره استراحت دانه ها و سایر ارگان های دارای دورمانس یا خفتگی است و نقش مهمی در تنظیم جوانه زنی بذر دارد. به طور کل می­توان گفت که فعالیت اسید آبسیزیک که یک هورمون بازدارنده جوانه­ زنی میباشد توسط اسید جیبرلیک خنثی می شود. پژوهش های صورت گرفته نشان می­دهد که این هورمون توانایی از بین بردن خواب بسیاری از بذور مانندکاهو، هلو، آفتابگردان، آویشن، جو و… را دارد.
خواب بذر

– استفاده از محلول نیترات پتاسیم (KNO۳) و هیدروکسید پتاسیم (KOH):

استفاده از محلول یک تا دو درصد نیترات پتاسیم و یا هیدروکسید پتاسیم که روش توصیه شده توسط انجمن بین ­المللی گواهی بذر (ISTA)  می­ باشد، یکی دیگر از روشهای مفید در شکست خواب بذرها محسوب میشود. به طور نمونه مطالعات صورت گرفته نشان داده که کاربرد نیترات پتاسیم ۲ درصد سبب افزایش جوانه ­زنی و شکست خواب در بذرهای آفتابگردان (Helianthus annuus L) و پاپایا (Carica Papaya L.) و  بارانک (Sorbus pohuashanensis) شده است. هیدروکسید پتاسیم نیز برای شکست خواب برخی از بذور توصیه شده است.

استراتیفیکاسیون (Stratification)

یکی از روش­های پرکاربرد و موثر در شکست خواب فیزیولوژیکی اغلب بذور دارای خواب، استفاده از استراتیفیکاسیون است. استراتیفیکاسیون به طور معمول شامل خیساندن بذور در آب برای یک تا دو روز و سپس نگه­داری آنها در یک محیط مرطوب در دمای ۳ تا ۵ درجه سانتیگراد برای یک دوره زمانی مشخص است. البته استراتیفیکاسیون به شکلهای مختلف انجام می­گیرد، مثلا استراتیفیکاسیون با سرمادهی خشک (بدون رطوبت) و یا همراه رطوبت و یا استراتیفیکاسیون گرم با دماهای مختلف و یا استراتیفیکاسیون متناوب با دمای سرد و گرم. به طور نمونه پژوهشی نشان داد که استراتیفیکاسیون گرم با دمای ۲۵ درجه به مدت ۱۲ هفته و سپس استراتیفیکاسون سرد با دمای ۵ در جه به مدت ۵ ماه توانست سپس شکست خواب در بذر چند گونه رُز (Rosa Spp) شود.

به طور معمول برای انجام این روش (استراتیفیکاسون سرد) بذرها را در بین  ماسه مرطوب قرار داده و برای مدتی در یخچال نگه­داری میکنند. در حقیقت استراتیفیکاسیون نوعی شبیه سازی شرایط طبیعی برای بذر است. مطالعات مختلفی برای درک مکانیسم­های مرتبط با تاثیر سرمادهی بر شکست خواب انجام شده است. به عنوان مثال Tuttle و همکاران نشان دادند که سرمادهی مرطوب با کاهش سطح هورمون گیاهی اسید آبسیزیک سبب کاهش خواب در بذر گندم می­شود (Tuttle et al., 2015).

خواب بذر
استراتیفیکاسیون سرد با قرار دادن بذرها در ماسه مرطوب و نگهداری در یخچال برای مدت زمان معین

 

در مقاله بعدی به نمونه­ های از پژوهشهای صورت گرفته در جهت شکست خواب بذر در گونه­ های مختلف خواهیم پرداخت.

منابع:

Baskin, C.C., Zackrisson, O., Baskin, J.M., 2002. Role of warm stratification in promoting germination of seeds of Empetrum hermaphroditum (Empetracea), a circumboreal species with a stony endocarp. Am. J. Bot. 89, 486–۴۹۳. https://doi.org/10.3732/ajb.89.3.486

Bian, L., Yang, L., Wang, J. an, Shen, H. long, 2013. Effects of KNO3 pretreatment and temperature on seed germination of Sorbus pohuashanensis. J. For. Res. 24, 309–۳۱۶. https://doi.org/10.1007/s11676-013-0354-9

Black, M., Naylor, J.M., 1959. Prevention of the onset of seed dormancy by gibberellic acid. Nature 184, 468–۴۶۹. https://doi.org/10.1038/184468a0

Chetouani, M., Mzabri, I., Aamar, A., Boukroute, A., Kouddane, N., Berrichi, A., 2017. Effect of gibberellic acid (AG3) on the germination of seeds of Thymus satureioides L and Lavandula dentata 8, 942–۹۴۸.

Development and standardization ofa simple technique for breaking seed dormancy in sunflower, n.d.

Medeiros, M.J., Oliveira, M.T., Willadino, L., Santos, M.G., 2015. Overcoming seed dormancy using gibberellic acid and the performance of young Syagrus coronata plants under severe drought stress and recovery. Plant Physiol. Biochem. 97, 278–۲۸۶. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2015.10.008

Puttha, R., Goggi, A.S., Gleason, M.L., Jogloy, S., Kesmala, T., Vorasoot, N., Banterng, P., Patanothai, A., 2014. Pre-chill with gibberellic acid overcomes seed dormancy of Jerusalem artichoke. Agron. Sustain. Dev. 34, 869–۸۷۸. https://doi.org/10.1007/s13593-014-0213-x

Skubacz, A., Daszkowska‐Golec, A., 2017. Seed Dormancy: The Complex Process Regulated by Abscisic Acid, Gibberellins, and Other Phytohormones that Makes Seed Germination Work, in: Phytohormones – Signaling Mechanisms and Crosstalk in Plant Development and Stress Responses. InTech. https://doi.org/10.5772/intechopen.68735

Tuttle, K.M., Martinez, S.A., Schramm, E.C., Takebayashi, Y., Seo, M., Steber, C.M., 2015. Grain dormancy loss is associated with changes in ABA and GA sensitivity and hormone accumulation in bread wheat, Triticum aestivum (L.). Seed Sci. Res. 25, 179–۱۹۳. https://doi.org/10.1017/S0960258515000057

طاعتی زاده
آذر ۱۹, ۱۳۹۸