نوع مقاله : علمی - پژوهشی
چکیده
هدف: در این پژوهش اثر تنش شوری بر جوانه‌زنی بذر، آناتومی برگ و ساقه و پارامترهای رشد در گیاهان ده و شصت روزه گونه Salsola arbuscula مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: بذر گیاه Sasola arbuscula در دو محیط WA (حاوی 0، 100، 200، 250 و300 میلیمولار سدیم کلراید) و MS (حاوی 0، 100، 200، 250، 275 و 300 میلیمولار سدیم کلراید)، در شرایط در شیشه کشت و به ترتیب گیاهان 10 و 60 روزه به منظور بررسی جوانه زنی بذر و فاکتورهای رشد استفاده شدند. آناتومی برگ گیاه دو ماهه نیز بررسی شد. درصد جوانه‌زنی در محیط MS (حاوی0، 100، 200، 250، 300، 350 و 400 میلیمولار سدیم کلراید)، همچنین درصد جوانه‌زنی پس از احیا در محیط MS (حاوی 300، 350 و 400 میلیمولار سدیم کلراید) نیز مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج: نتایج به دست آمده کاهش درصد جوانه‌زنی و قدرت احیا در این گیاه را نشان داد. با افزایش غلظت سدیم کلراید پارامترهای رشد و آناتومی در گیاهان ده و شصت روزه تغییرات گسترده‌ای را نشان داد.
نتیجه گیری: گیاه Salsola arbuscula هالوفیت می‌باشد که در غلظت‌های اولیه شوری نسبت به شرایط کنترل رشد بهتری را نشان می‌دهد. همچنین برخلاف گیاهان گلیکوفیت محتوای آبی خود را در طول تنش حفظ کرده و از قدرت احیا در جوانه‌زنی برخوردار می‌باشد. این ویژگی‌ها به حفظ نسل گیاه کمک می‌کند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Evaluation of Seed Germination, Growth and Plant Anatomy of Salsola arbuscula Pall. in Salt Stress in In Vitro
چکیده [English]
Aim: In this study, the effects of NaCl on seed germination leaf and stem anatomy and growth parameters were investigated in 10 and 60 days-old of Salsola arbuscula species.
Material and Methods: The species seeds were cultivated in WA (0, 100, 200, 250, 300 mM NaCl), and MS (0, 100, 200, 250, 300, 350 mM NaCl) in vitro media. Then 10 and 60 days-old plants were used for studying seed germination and growth parameters. In addition to leaf anatomy of 60 days-old plants in MS (0, 100, 200, 250, 300, 350 mM NaCl) and after recovery in MS (300, 350, 400 mM NaCl), germination percentages were also investigated.
Results: Results showed decline in germination percentage and ability of recovery in germination percentage. Also growth and anatomical parameters showed wide varieties in 10 and 60 days-old plants with increasing NaCl concentration.
Conclusion: S .arbuscula is a halophytic plant that shows a better growth in low concentration of NaCl than control. Also the species protects its water content along the stress condition on the contrary glocophytes and has germinating ability. These characters help to survival of the species.
کلیدواژه‌ها [English]
- anatomy
- germination
- growth
- NaCl
- Salsola arbuscula
مقدمه
غلظت‌های بالای سدیم برای اغلب گونههای گیاهی سمی است، به‌طوری‌که شوری خاک یکی از بزرگترین تنش‌های غیرزیستی در بخش‌های وسیعی از جهان بوده و قابلیت تولید و بازده گیاهان را تحت تاثیر قرار می‌دهد. نمک سدیم کلراید متشکل از دو یون سدیم و کلر می‌باشد که به عنوان آلوده‌کنندگان خاک شور هستند و با تاثیرات یونی و اسمزی، به عنوان یون‌های سمی و مضر برای گیاهان شناخته می‌شوند (1). شوری خاک رشد و نمو گیاهان را به وسیله تنش اسمزی تحت تاثیر قرار می‌دهد و اثرات مضر آن با به‌هم‌خوردن تعادل عناصر غذایی به علت وجود یون‌های سدیم و کلر می‌باشد (2). به طور معمول گیاهان در معرض تنش شوری، در ابتدا مقادیری از کاهش رشد را نشان میدهند و اگر این تنش بیشتر شود پاسخ در برخی از صفات قابل تشخیص و خاص آشکار می‌شود. یکی از راههای بررسی این صفات استفاده از روش کشت بافت است و چون برآورد میزان تنش شوری بهوسیله این روش در محیط کنترل شده انجام می گیرد نیازمند فضا و زمان بسیار کم است (3). مقاومت نسبت به تنش های محیطی زمانی که گیاه در معرض تنش تحمیل شده است اتفاق می‌افتد که در این مقاومت گیاه از هر سازوکاری برای فرار از این وضعیت استفاده می کند. سازوکار گیاه جهت تحمل تنش در طول چرخه زندگی گیاه و همچنین در سطح سلولی صورت می گیرد. پاسخ گیاهان به تنش، وابسته به ژنوتیپ، گونه، طول و شدت تنش شوری، سن و مرحله نمو، اندام، نوع سلول و بخش‌های زیر سلولی است. مثالی از اجتناب در سطح سلولی فرایند تنظیم اسمزی است که در آن توانایی اسمزی سلول به نفع جذب آب و حفظ تورژسانس کاهش می‌یابد. پارامترهای کشاورزی بکار رفته جهت تحمل شوری شامل عملکرد، بقا، ارتفاع گیاه، سطح برگ، صدمه برگ، میزان رشد نسبی و کاهش رشد نسبی می باشد (4).
شوری خاک رشد گیاهان را با آشفته کردن فرایندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوت کاهش می‌دهد. در نتیجه، گیاهانی که بهخوبی در شوری با غلظت بالا رشد میکنند ساختار خاص و سازگاری فیزیولوژیکی دارند که موجب حفظ ظرفیت تولید مثلیشان می گردد. از مطالعات بسیاری مشخص می‌شود که شوری بالا بیشتر سبب تغییراتی از قبیل کاهش تعداد روزنه، ضخامت برگ، سطح بین دستجات آوندی و تعداد سلول‌های اپیدرمی می‌شود. هرچند اثرات بیشتر تنش شوری بر ضخامت برگ، تعداد سلول‌های اپیدرمی و تعداد روزنه نیز ثبت شده است (5).
تحمل به شوری در مرحله جوانه‌زنی برای استقرار گیاهان مهم می‌باشد، زیرا که جوانه‌زنی ضعیف و کاهش رشد گیاهچه منجر به استقرار ضعیف و گاهی نابودی محصول می گردد (6). در مناطق خشک و نیمه خشک که اغلب با تنش شوری نیز مواجه هستند، جوانه‌زنی بذر با مشکل مواجه می‌شود (7)، این تنشها با محدود کردن جذب آب، کاهش تجزیه مواد ذخیرهای بذر و اختلال در سنتز پروتئین‌های ذخیرهای موجب کاهش جوانه‌زنی بذرها می‌شوند (8). علاوه بر این سمیت ناشی از یون‌های سدیم و کلر در تنش شوری نقش مهمی در کاهش شاخصهای جوانه‌زنی بذرها دارند (9). بنابراین مطالعه جوانه‌زنی گونههای مختلف در غلظت‌های متفاوت شوری به توسعه روشهای ممکن برای معرفی گونههای متحمل به شوری برای کشت در زمین‌های بایر و شور کمک می‌کند (10).
گیاه Salsola arbuscula متعلق به خانواده Chenopodiaceae می‌باشد. این گونه در مراحل بلوغ مقاومت بالایی نسبت به خشکی خاک، تغییرات pH و عدم ثبات شرایط آب و هوایی دارد. این ویژگی، آن‌ها را برای رشد در نواحی خشک و نیمه‌خشک مناسب کرده است (11) و به همین علت میتوانند برای بهبود زمین‌های خشک و نیمه‌خشک مورد استفاده قرار گیرد (12). این گیاه در فصول بهار و پاییز از منابع علوفه حیوانی است. از جمله استفاده‌های دیگر از این نوع گیاهان تزیین نواحی شهری، در شهرهایی با آب و هوای بیابانی است (13).
با توجه به اینکه در ارتباط با بررسی میزان مقاومت نسبت به تنش شوری گیاه Salsola arbuscula در شرایط کنترل شده کشت بافت گیاهی و همچنین مقایسه میزان مقاومت در مراحل مختلف رشدی اطلاعاتی در دست نیست این تحقیق با هدف بررسی میزان مقاومت نسبت به شوری این گیاه در مرحله جوانه‌زنی بذر و رشد گیاهچه و گیاه و همچنین تاثیر شوری بر آناتومی برگ این گیاه طراحی و اجرا گردید.
مواد و روش‌ها
کشت بذر و بررسی جوانه زنی: بذر گیاه Salsola arbuscula از شرکت پاکان بذر اصفهان تهیه گردید. کشت بذرها در محیط کشت(Murashig and MS Skoog) (14) انجام شد. به منظور بررسی درصد جوانه‌زنی، بذرها پس از استریل با اتانول 75 تا 80 درصد به مدت 1 دقیقه و سپس هیپوکلریت سدیم 3 درصد به مدت 15 دقیقه، حدود سه تا چهار بار با آب مقطر استریل، در شرایط استریل آبکشی شدند و سپس به محیط‌‌کشت MS دارای غلظت‌های 0، 100، 200، 250، 300، 350 و 400 میلیمولار سدیم کلراید منتقل شدند. شیشه‌های کشت در شرایط اتاق کشت با دمای 2±25 درجه سانتی‌گراد و نور 110 mmol m–2S–1 و فتوپریود 12 ساعت تاریکی و 12 ساعت نور قرار گرفتند و پس از 10 روز درصد جوانه‌زنی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت (15). به منظور بررسی درصد جوانه‌زنی پس از احیا، بذرهایی که در غلظت‌های 300، 350 و 400 میلیمولار سدیم کلراید جوانه نزده بودند، پس از شستشو در شرایط استریل به محیط کشت MS فاقد نمک منتقل شده و درصد جوانه‌زنی آن‌ها پس از احیا به مدت10 روز محاسبه گردید )16).
بررسی شاخصهای رشد: پس از کشت بذرها در محیط کشت MS و نگهداری آن‌ها در شرایط ذکر شده در حالت قبل، گیاهچه‌های 10 روزه و گیاهان 60 روزه جهت انجام آزمایشات مختلف برداشت شدند. تیمار استفاده شده برای گیاهچه‌های 10 روزه غلظت‌های 0، 100، 200، 250 و 300 میلیمولار سدیم‌کلراید و برای گیاهان 60 روزه غلظت‌های 0، 100، 200، 250، 275 و 300 میلیمولار سدیم‌کلراید بود. طول گیاه، طول ریشه و طول ساقه اندازه‌گیری شد. وزن تر و وزن خشک گیاه کامل، بخش هوایی و ریشه در گیاهان ده روزه و دو ماهه با استفاده از ترازوی دیجیتالی (مدلCE N92 (SER 14230642 AC ADAPTER DC12V 0.3A به دست آمد و میزان رشد نسبی (RGR) از رابطه زیر به دست آمد (17).
RGR (mgmg-1d-1) = (ln(W2) – ln(W1))/(t2 – t1)
در معامله فوق: W1 : وزن خشک در آغاز، W2: وزن خشک در پایان دوره و (t2 – t1): طول دوره تیمار می‌باشد.
مطالعه آناتومی برگ:اپیدرم سطح رویی و زیرین برگ‌ها بر مبنای روش Widuri و همکاران (18) و مقطع عرضی برگ بر اساس سیستم آنالیزی Motic (19) با تهیه اسلایدهای نیمه‌دائمی تهیه و از آن‌ها به وسیله میکروسکوپ مونیتورینگ مدل Leica Galen III عکس مناسب تهیه شد. گشودگی روزنه (شامل طول و عرض دهانه روزنه)، طول کرک‌ها در اپیدرم زیرین و رویی، ضخامت اپیدرم، مزوفیل حفرهای و مزوفیل نرده‌ای به کمک گراتی‌کیول اندازه‌گیری گردید. همچنین تعداد سلول‌های اپیدرم، تعداد کرک و تعداد روزنه در واحد سطح شمارش و ثبت شد.
آنالیزهای آماری:جهت آنالیز داده‌ها از نرمافزار SPSS13، مقایسه میانگین‌ها از تست دانکن و رسم نمودارها از نرمافزار Excel استفاده شد.
نتایج
بررسی میزان جوانه‌زنی بذر و جوانه‌زنی پس از احیای Salsola arbuscula تحت تنش شوری
مطابق جداول 1 و 2 تیمار شوری بر درصد جوانه‌زنی بذر گیاه Salsola arbuscula تاثیر معنی‌داری (01/0p<) داشت. با افزایش میزان شوری (غلظت‌های 200، 250، 300، 350 و 400 میلیمولار سدیم کلراید درصد جوانه‌زنی کاهش یافت. درصد جوانه‌زنی در غلظت 0 و 100 میلیمولار مشابه بود و با سایر تیمارهای سدیم کلراید تفاوت معنی‌دار داشت. درصد جوانه‌زنی بین غلظت‌های 300 و 350 میلیمولار نمک نیز تفاوت معنی داری نداشت ولی هر دو این غلظت ها کاهش معنی داری را نسبت به شاهد نشان دادند.. نتایج حاصل از بررسی درصد جوانه‌زنی پس از احیا نشان داد تنش شوری بر درصد جوانه‌زنی پس از احیا اثر معنی‌دار (01/0p<) داشت و با برطرف شدن تنش شوری درصد جوانه‌زنی پس از احیا به طور معنی‌داری افزایش یافت.
جدول 1: جدول آنالیز واریانس اثر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید بر درصد جوانه‌زنی بذر گیاه Salsola arbuscula در تنش شوری و درصد جوانه‌زنی پس از احیاء.
|
منابع تغییر |
در تنش شوری |
پس از احیا |
|
درصد جوانه‌زنی |
**016/205 |
**27 |
01/0p< **، 05/0p<*، ns معنی‌دار نیست
جدول 2: میانگین درصد جوانه‌زنی و درصد جوانه‌زنی پس از احیاء گیاه Salsola arbuscula در غلظت‌های مختلف سدیم کلراید
|
تیمار (غلظت سدیم کلراید، میلی مولار) |
میانگین درصد جوانه‌زنی |
افزایش یا کاهش جوانه‌زنی نسبت به شاهد (درصد) |
میانگین جوانه‌زنی پس از احیا (درصد) |
|
0 |
(a) 33/2±33/95 |
- |
- |
|
100 |
(a) 33/2±33/95 |
- |
- |
|
200 |
(b) 75/3±66/79 |
43/16 کاهش |
- |
|
250 |
(c) 33/2±33/55 |
95/41 کاهش |
- |
|
300 |
(d) 33/2±33/35 |
93/62 کاهش |
(a)577/0±86 |
|
350 |
(d) 33/2±31 |
48/67 کاهش |
(b)577/0±83 |
|
400 |
(e) 76/1±33/13 |
01/86 کاهش |
(c)577/0±80 |
داده ها میانگین 3 تکرار ±انحراف معیار. حروف غیر مشابه در هر ستون نشان‌دهنده معنی‌دار بودن در سطح 05/0p< بر اساس آزمون دانکن می‌باشد.
جدول 3: آنالیز واریانس تاثیر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید بر طول کل گیاه، طول ساقه، طول ریشه و سطح برگ گیاه Salsola arbuscula.
|
منابع تغییر |
طول گیاه |
طول ساقه |
طول ریشه |
|
گیاهچه ده روزه |
**132/44 |
**236/7 |
**372/56 |
|
گیاه دو ماهه |
**352/7 |
*465/4 |
**062/12 |
01/0p< **، 05/0p<*، ns معنی‌دار نیست
شکل 1: اثر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید بر ارتفاع (طول کل گیاه، طول بخش هوایی و طول ریشه) گیاهچه 10 روزه (A) و گیاهان دو ماهه (B) و نسبت طول بخش هوایی به طول ریشه گیاهچه ده روزه (C) و گیاهان دو ماهه (D) گیاه Salsola arbuscula. خطوط خطا نشان‌دهنده خطای استاندارد (SE) و حروف غیرمشابه نشان‌دهنده معنی‌دار بودن در سطح 01/0p< بر اساس تست دانکن می‌باشد.
بررسی فاکتورهای رشد در گیاهچه‌های ده روزه و گیاهان 60 روزه تحت تنش شوری
نتایج حاصل از آنالیز واریانس بررسی تغییرات ارتفاع کل گیاه، طول ساقه و طول ریشه در گیاهچه‌های ده روزه و گیاهان 60 روزه اختلاف معنی‌داری (01/0p<) را بین شاهد و تیمارهای مختلف سدیم کلراید نشان داد (جدول 3). در گیاهچه ده روزه کاهش ارتفاع کل گیاه، ارتفاع ساقه و طول ریشه بین شاهد و سایر تیمارها تفاوت معنی‌داری داشت، اما بین تیمارهای 100، 200، 250 و 300 میلیمولار سدیم کلراید، تفاوت معنی‌دار مشاهده نشد. بیشترین ارتفاع گیاهچه، ساقه و طول ریشه به ترتیب با میانگین 33/65، 33/18 و 83/45 میلی‌متر در شاهد بدست آمد. کمترین ارتفاع گیاهچه، ساقه و طول ریشه به ترتیب 5/19، 5/11 و 5/7 میلی‌متر در تیمار 300 میلیمولار اندازه‌گیری شد (شکل A1). در گیاه 60 روزه بیشترین ارتفاع گیاه کامل و طول ریشه، در غلظت 100 میلیمولار سدیم کلراید و به ترتیب با میانگین 66/158و 16/102 میلی‌متر به دست آمد. کمترین ارتفاع گیاه و طول ریشه به ترتیب با میانگین 38 و 15 میلی‌متر در غلظت 300 میلیمولار سدیم کلراید مشاهده شد. کاهش ارتفاع در تیمارهای 275 و 300 نسبت به شاهد و سایر غلظت‌های سدیم کلراید تفاوت معنی‌دار نشان داد (01/0p<). بیشترین ارتفاع ساقه در تیمار 200 میلیمولار، با میانگین 83/72 میلی‌متر و کمترین ارتفاع در تیمار 300 میلیمولار با میانگین 23 میلی‌متر مشاهده شد (شکل B1). بررسی نسبت طول ساقه به طول ریشه نشان داد که تیمار شوری تاثیر معنی‌دار (01/0p<) بر این نسبت دارد و با افزایش غلظت سدیم کلراید این نسبت افزایش یافت (شکل C1 و D1).
آنالیز داده‌های مربوط به وزن تر و خشک در گیاهچه‌های ده روزه نشان داد که تیمار سدیم کلراید بر وزن تر (01/0p<) و بر وزن خشک (05/0p<) گیاه تاثیر معنی‌دار دارد. تاثیر تیمار شوری بر وزن خشک بخش هوایی و ریشه معنی‌دار نبود (جدول 4 و 5). بیشترین وزن تر گیاهچه کامل و بخش هوایی در غلظت 200 میلیمولار سدیم کلراید و بیشترین وزن خشک در تیمار شاهد محاسبه شده است (شکل 2). بررسی وزن تر گیاه کامل و بخش هوایی، اختلاف معنی‌دار (01/0p<) بین تیمار 200 میلیمولار با تیمارهای شاهد، 100 و 300 میلیمولار را نشان داد. کاهش وزن خشک گیاه کامل بین شاهد و تیمار 300 میلیمولار معنی‌دار (01/0p<) ولی در بخش هوایی معنی‌دار نبود. در ناحیه ریشه بیشترین و کمترین وزن تر و خشک به ترتیب در شاهد و 300 میلیمولار سدیم کلراید محاسبه شد. وزن تر ریشه در تیمارهای شاهد، 100 و 200 میلیمولار تفاوت معنی‌داری نشان نداد ولی این تیمارها با تیمارهای 250 و 300 میلیمولار تفاوت معنی‌دار (01/0p<) داشتند. کاهش وزن خشک در ناحیه ریشه بین تیمارهای شاهد و 300 میلیمولار سدیم کلراید معنی‌دار بود( 01/0p<) (شکل 2). بررسی و آنالیز داده‌ها در گیاه دو ماهه نشان داد، تنش شوری بر وزن تر و خشک گیاه، بخش هوایی و ریشه تاثیر معنی‌دار (01/0p<) دارد (جداول 4 و 5). در گیاه کامل و بخش هوایی تیمار 200 میلیمولار بیشترین وزن تر را داشت و با تیمارهای 0، 100، 275 و 300 میلیمولار تفاوت معنی‌دار (01/0p<) داشت. در ریشه تیمار شاهد بالاترین وزن تر را داشت و کمترین وزن تر گیاه، بخش هوایی و ریشه در تیمار 300 میلیمولار محاسبه شد. آنالیز داده‌های حاصل از وزن خشک نشان داد، بیشترین وزن خشک کل گیاه، بخش هوایی و ریشه، مربوط به تیمار 100 میلیمولار و کمترین وزن خشک مربوط به تیمار 300 میلیمولار بود. تیمار 100 میلیمولار با تیمارهای 275 و 300 میلیمولار در وزن خشک تفاوت معنی‌دار (01/0p<) داشت (شکل 3).
جدول 4: آنالیز واریانس تاثیر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید بر وزن تر کل گیاه، وزن تر ریشه و بخش هوایی گیاه Salsola arbuscula.
|
منابع تغییر |
وزن تر گیاه |
وزن تر بخش هوایی |
وزن تر ریشه |
|
گیاهچه ده روز |
**416/9 |
**361/8 |
**561/19 |
|
گیاه دو ماهه |
**797/20 |
**243/21 |
**658/7 |
01/0p< **، 05/0p<*، ns معنی‌دار نیست
جدول 5: آنالیز واریانس تاثیر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید بر وزن خشک کل گیاه، وزن خشک بخش هوایی و ریشه گیاه Salsola arbuscula
|
منابع تغییر |
وزن خشک گیاه |
وزن خشک بخش هوایی |
وزن خشک ریشه |
|
گیاهچه ده روزه |
*118/4 |
ns 309/1 |
ns 437/2 |
|
گیاه دو ماهه |
**062/8 |
**126/8 |
**490/8 |
01/0p< **، 05/0p<*، ns معنی‌دار نیست
شکل2: اثر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید بر وزن تر (کل گیاه، بخش هوایی و ریشه) گیاهچه 10 روزه (A)، گیاهان دو ماهه (B) و وزن خشک (کل گیاه، بخش هوایی و ریشه) گیاهچه ده روزه (C) و گیاهان دو ماهه (D) گیاهSalsola arbuscula. خطوط خطا نشان‌دهنده خطای استاندارد (SE) و حروف غیرمشابه نشان‌دهنده معنی‌دار بودن در سطح 01/0p< بر اساس تست دانکن می‌باشد.
شکل 3: تغییرات رشد نسبی (کل گیاه، بخش هوایی و ریشه)گیاه Salsola arbuscula در تیمارهای مختلف سدیم کلراید در گیاهچه ده روزه (A) و گیاه دو ماهه (B). خطوط خطا نشان دهنده خطای استاندارد (SE) و حروف غیرمشابه‌نشان‌دهنده معنی‌دار بودن در سطح 01/0p< بر اساس تست دانکن است.
جدول 6: آنالیز واریانس نتایج تاثیر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید بر میزان رشد نسبی (RGR) کل، بخش هوایی و ریشه گیاه Salsola arbuscula.
|
منابع تغییر |
RGR کل |
RGR بخش هوایی |
RGR ریشه |
|
گیاهچه ده روزه |
*098/5 |
ns 306/1 |
*219/3 |
|
گیاه دو ماهه |
**811/14 |
**380/14 |
**573/4 |
01/0p< **، 05/0p<*، ns معنی‌دار نیست
تنش شوری بر میزان رشد نسبی یا Relative Growth Rate (RGR) گیاه و ریشه نیز (05/0p<) تاثیر معنی‌دار داشت در حالیکه تاثیر بر رشد نسبی بخش هوایی معنی‌دار نبود (جدول 6). میزان RGR کل گیاهچه، بخش هوایی و ریشه شاهد با تیمار 300 میلیمولار نمک تفاوت معنی‌داری را نشان داد (شکل3). بررسی رشد نسبی در گیاه 60 روزه نشان داد که تنش شوری تاثیر معنی‌داری (01/0p<) بر رشد نسبی گیاه، بخش هوایی و ریشه دارد (جدول 6). بیشترین و کمترین رشد نسبی گیاه، بخش هوایی و ریشه به ترتیب در تیمار 100 و 300 میلیمولار سدیم کلراید به دست آمد (شکل 3).
تغییرات آناتومی برگ گیاهان دو ماهه تحت تنش شوری
نتایج نشان داد که با افزایش شوری تعداد سلول‌های اپیدرم به طور معنی‌دار (01/0p<) در هر دو سطح برگ کاهش یافته و بین تیمارهای شوری تفاوت معنی‌داری ( 01/0p<) در تعداد سلول‌های اپیدرم به وجود آمد. با افزایش غلظت نمک از تعداد، طول و عرض روزنه در هر دو سطح به طور معنی‌دار کاسته شد. تیمارهای 200 و 300 میلیمولار سدیم کلراید با تیمار شاهد از نظر تعداد، طول و عرض روزنه به طور معنی‌دار (01/0p<) متفاوت بود. تعداد روزنه سطح رویی بیشتر از سطح زیرین برگ بود. کرک در هر دو سطح برگ مشاهده شد و تعداد کرک در اپیدرم زیرین بیشتر از اپیدرم رویی بود. با افزایش غلظت سدیم کلراید طول کرک به طور معنی‌دار در سطح زیرین (01/0p<) و در سطح رویی (05/0p<) برگ کاهش یافت. تعداد کرک نیز با افزایش شوری در هر دو سطح برگ به طور معنی‌دار (01/0p<) کاهش یافت. طول و تعداد کرک در تیمار شاهد با تیمارهای 100، 200 و 300 میلیمولار شوری تفاوت معنی‌دار( 05/0p<) داشت (جدول 7).
جدول 7 : تاثیر تنش شوری بر خصوصیات آناتومیکی و مورفولوژیکی برگ گیاه دو ماهه Salsola arbuscula. داده‌ها میانگین سه تکرار± خطای استاندارد (انحراف معیار) و حروف غیر مشابه در هر ردیف نشان دهنده معنی‌دار بودن در سطح 01/0p< بر اساس آزمون دانکن می‌باشد
|
|
شاخص مورد نظر |
غلظت‌های سدیم کلراید (میلی مولار) |
|
|||
|
0 |
100 |
200 |
300 |
|||
|
سطح روییبرگ |
تعداد روزنه (mm2) |
a15/1±00/177 |
b88/0±60/107 |
c41/1±00/77 |
d00/1±00/54 |
++000/0 |
|
طول روزنه (µm) |
a80/1±50/21 |
b30/1±83/15 |
bc20/1±83/12 |
c26/1±16/9 |
++001/0 |
|
|
عرض روزنه (µm) |
a69/1±16/12 |
ab44/0±16/10 |
bc04/1±50/7 |
c60/0±83/4 |
++001/0 |
|
|
تعداد کرک (mm2) |
a00/1±45/38 |
a33/0±30/33 |
b33/0±00/18 |
b33/0±23/10 |
++007/0 |
|
|
طول کرک (µm) |
a04/1±33/708 |
ab08/1±33/408 |
b30/1±00/325 |
b73/0±00/275 |
+028/0 |
|
|
تعداد سلول‌های اپیدرم(mm2) |
a76/1±07/764 |
b66/1±50/602 |
c42/1±70/407 |
d87/1±70/290 |
++000/0 |
|
|
سطح زیرین برگ |
تعداد روزنه (mm2) |
a45/1±30/133 |
b00/1±60/84 |
c88/0±80/53 |
d33/0±45/38 |
++000/0 |
|
طول روزنه (µm) |
a30/1±83/19 |
b57/0±16/15 |
c33/0±83/10 |
d57/0±50/7 |
++001/0 |
|
|
عرض روزنه (µm) |
a72/0±66/11 |
b30/1±16/6 |
b16/1±5/5 |
c66/0±66/3 |
++001/0 |
|
|
تعداد کرک (mm2) |
a20/1±70/48 |
ab57/0±45/38 |
bc01/0±07/23 |
c57/0±75/12 |
++006/0 |
|
|
طول کرک (µm) |
a40/1±33/808 |
b73/1±00/500 |
b91/0±66/408 |
b32/1±66/316 |
+028/0 |
|
|
تعداد سلول‌های اپیدرم(mm2) |
a88/1±15/1346 |
b15/1±70/707 |
c88/0±15/628 |
d57/0±15/346 |
++000/0 |
|
|
مقطع عرضی برگ |
ضخامت اپیدرم(µm) |
c5/1±75/38 |
c5/1±00/50 |
b87/1±00/75 |
a4/1±83/100 |
++000/0 |
|
ضخامت مزوفیل نرده‌ای(µm) |
d20/2±16/44 |
c51/2±91/72 |
b80/1±75/118 |
a25/1±50/162 |
++000/0 |
|
|
ضخامت مزوفیل حفرهای(µm) |
d40/1±33/88 |
c02/1±83/145 |
b02/1±83/245 |
a50/1±325 |
++000/0 |
|
|
طول سلول مزوفیل حفرهای (µm) |
c60/1±25/81 |
bc51/1±41/110 |
b59/1±41/135 |
a02/1±202 |
++000/0 |
|
|
عرض سلول مزوفیل حفرهای (µm) |
d60/1±16/44 |
c20/1±91/72 |
b82/1±75/118 |
a25/1±50/162 |
++000/0 |
|
01/0p< **، 05/0p<*، ns معنی‌دار نیست
بررسی سطح مقطع عرضی برگ نشان داد که مزوفیل برگ متشکل از دو لایه شامل مزوفیل نردبانی در زیر اپیدرم و مزوفیل حفرهای بود. با افزایش غلظت شوری بر اندازه سلول‌های مزوفیل به طور معنی‌دار (01/0p<) افزوده و در مقابل از تعداد آن‌ها کاسته شد، به طوری که بین شاهد و تیمارهای 200 و 300 میلی‌مولارسدیم کلراید تفاوت معنی‌دار( 01/0p<) بود. همچنین نتایج نشان داد که ضخامت اپیدرم، مزوفیل حفرهای و مزوفیل نردبانی به طور معنی‌دار (01/0p<) تحت تنش شوری قرار گرفت و همراه با افزایش سطح شوری، ضخامت لایه‌های فوق افزایش معنی‌داری (05/0p<) نموده است. (جدول 7، شکل 5 و 6).
شکل 5: تغییرات تعداد روزنه در اثر تنش شوری در گیاه دو ماههSalsola arbuscula. 1: اپیدرم برگ گیاه شاهد، 2، 3 و 4 به ترتیب اپیدرم برگ گیاهان تحت تاثیر تیمارهای 100، 200 و 300 میلیمولار سدیم‌کلراید. Ad مخفف Adaxial (سطح رویی) و Ab مخفف Abaxial (سطح زیرین) برگ می‌باشد.
شکل 6: تغییرات طول، عرض و تعداد سلول‌های پارانشیم حفرهای گیاه دو ماهه Salsola arbuscula تحت تاثیر غلظت‌های مختلف سدیم کلراید افزایش طول و عرض سلول‌های پارانشیم حفرهای و کاهش تعداد سلول‌های فوق همراه با افزایش غلظت سدیم کلراید مشاهده می‌شود. 1: شاهد، 2، 3 و 4 به ترتیب مقطع عرضی برگ گیاهان دو ماهه در غلظت‌های 100، 200 و 300 میلیمولار نمک. فلش سلول‌های پارانشیم حفره ای را نشان می‌دهد.
بحث
میزان جوانه‌زنی و جوانه‌زنی پس از احیا در تیمار NaCl
اغلب دو مرحله حساس در چرخه زندگی هالوفیت‌ها در نظر گرفته می‌شود که شامل جوانه‌زنی و پس از آن پایداری در محیطی با شوری بالا است. مهم‌ترین فاکتورهایی که جوانه‌زنی هالوفیت‌ها را کنترل می‌کند نور و شوری است (15). همانگونه در نتایج اشاره شد با افزایش غلظت شوری درصد جوانه‌زنی در Salsola arbuscula از 33/95 درصد در شاهد به 33/13درصد در تیمار 400 میلیمولار سدیم کلراید کاهش یافت. احتمالا تنش اسمزی ناشی از شوری عامل اصلی کاهش جوانه‌زنی بذر بسیاری از گیاهان هالوفیت می‌باشد (20). نتایج اخیر نشان داد که بذر Salsola arbuscula از توانایی احیا برخوردار است، این نشان می‌دهد که کاهش درصد جوانه‌زنی در این بذر به دلیل تنش اسمزی بوده است. علاوه بر این درصد جوانه‌زنی پس از احیا در سه تیمار 300، 350 و 400 میلیمولار تفاوت معنی‌دار داشت. بررسی درصد جوانه‌زنی در هالوفیت Salsola affinis که توسط Wei و همکاران (21) انجام شد، نتایج مشابهی را نشان داد. همچنین نتایج مشابهی در مورد کاهش جوانه‌زنی بذر و توانایی احیا در مورد Salsola iberica به دست آمد (15). تاثیر منفی شوری بر درصد جوانه‌زنی در Salsola vermiculata L. و قدرت احیا پس از قرار‌گیری در شرایط کنترل به اثبات رسیده است (22). علاوه بر جنس سالسولا جوانه‌زنی هالوفیت‌های دیگر نیز به واسطه شوری کاهش می‌یابد و درصد این کاهش بین هالوفیت‌های مختلف متفاوت است. در گیاه هالوفیت Cakile maritima درصد جوانه‌زنی در شوری بالاتر از 200 میلیمولار به طور قابل توجهی نسبت به شاهد کاهش می‌یابد. بذرهایی که در معرض شوری بوده‌اند پس از انتقال به شرایط کنترل احیا می‌شوند. این نشان می‌دهد جنین زنده است و آنچه مانع از جوانه‌زنی شده است تنش اسمزی بوده است (23). علاوه بر اینکه شوری درصد جوانه‌زنی نهایی را کاهش می‌دهد منجر به تاخیر جوانه‌زنی نیز می‌شود. تاخیر جوانه‌زنی به واسطه شوری بالا ممکن است به دلیل کاهش فعالیت آنزیم‌های هیدرولیتیک و کند ساختن سرعت حرکت متابولیت‌ها باشد (24).
فاکتورهای رشد و میزان رشد نسبی (RGR) درگیاهچه‌های ده روزه و گیاهان دو ماهه
مشخص شده است که رشد تحت شرایط اسمزی شاید بطور عمده به علت کاهش حجم سیتوپلاسم و کاهش تورگور سلول به دلیل خروج اسمزی آب داخل سلولی کاهش یابد (25). کاهش رشد گیاه و مقدار آب حاصل از شوری در چندین گونه گیاهی از قبیل گندم (26) و نیشکر (27) گزارش شده است. یکی از استراتژیهای موجود در گیاهان تحت تنش شوری میزان رشد آهسته آن‌ها است که در تعدادی از کشتهای درون شیشه هالوفیت‌ها و غیر هالوفیت‌ها مشاهده می‌شود (28، 29 و 30). کاهش رشد نه تنها به گیاه برای حفظ انرژی کمک می‌کند بلکه همچنین خطر تخریب ژنتیکی را نیز محدود می‌کند. کاهش سطح پتاسیم مشاهده شده در گیاه تحت شرایط تنش شوری شاید فشار اسمزی حاصل از تجمع پتاسیم در سلول را کاهش دهد. بنابراین گسترش سلولی، جایگیری کربن تثبیت شده و فشار تورگور تحت تاثیر قرار می‌گیرد (31). این شاید یکی از دلایلکاهش رشد گیاه Salsolaتحت شرایط تنش شوری باشد.
نتایج مشابهی در مورد هالوفیت Halocnemum strobilaceum به دست آمده است به طوری که در غلظت 1/0 الی 3/0 مولار سدیم کلراید افزایش معنی‌داری در طول ایجاد شده است، در حالیکه در غلظت‌های 75/0 الی 3 مولار سدیم کلراید طویل شدن گیاه به طور معنی‌داری ممانعت شده است (32). در طول تنش شوری سطح برگ در تیمار 200 میلیمولار افزایش یافت. همچنین وزن تر در گیاهچه ده روزه و گیاه دو ماهه تا غلظت 200 میلیمولار سدیم کلراید افزایش و پس از آن کاهش پیدا کرد. یکی از ویژگی‌های قابل توجه هالوفیت‌ها جذب بالای یون‌های قلیایی و حفظ آب گیاه است و حفظ آب به آن‌ها کمک می‌کند تا سمیت یونی را خنثی کنند. دو فرضیه در مورد پرآبی گیاهان هالوفیت وجود دارد و ممکن است پرآبی یک پاسخ باشد و یا به عنوان یک سازش در شرایط شوری در هالوفیت‌ها مطرح شود و هدفمند باشد. گیاهان پرآب برگ‌های بزرگ‌تر و ضخیم‌تری دارند. افزایش ضخامت و سطح برگ بیشتر به علت افزایش در اندازه سلول‌های مزوفیل و فضاهای بین سلولی کوچکتری است. هالوفیت‌ها در غلظت‌های مختلف سدیم کلراید از لحاظ محتوای آبی متفاوت‌اند. این موضوع را می توان دلیل تفاوت در وزن تر گیاه در غلظت‌های مختلف نمک دانست (33). بررسی ها نشان داده است که در گیاهAtriplex portulacoides از تیمار شاهد تا تیمار200 mol m-2 سطح برگ افزایش یافت و پس از آن تا تیمار 700 mol m-2 سطح برگ کاهش می‌یابد )34). در گیاه Cakile maritima سطح برگ از شاهد تا غلظت 100 میلیمولار افزایش می‌یابد و پس از آن تا تیمار 500 میلیمولار سطح برگ به طور معنی‌دار کاهش یافته است (23). بررسی وزن تر گیاه Bruguiera parviflora پس از 45 روز در تنش شوری با غلظت‌های 0 الی 400 میلیمولار سدیم کلراید نشان داد که از شاهد تا تیمار 100 میلیمولار وزن تر افزایش یافت و پس از آن وزن تر کاهش یافت (35).
در این تحقیق بالاترین وزن خشک در گیاهچه (کل، بخش هوایی و ریشه) مربوط به تیمار شاهد و بالاترین وزن خشک در گیاه دو ماهه (کل، بخش هوایی و ریشه) در تیمار 100 میلیمولار سدیم کلراید به دست آمد. در گیاه Cakile maritima نتایج مشابهی به دست آمده است. در این گیاه از شاهد تا تیمار 100 میلیمولار وزن خشک در گیاه و بخش هوایی و ریشه افزایش یافته است و پس از آن تا تیمار 500 میلیمولار سدیم کلراید وزن خشک کاهش یافته است. تولید بیوماس تا تیمار 50 الی 100 میلیمولار افزایش یافته است و در سطوح بالاتر شوری ممانعت شده است (35). بررسی‌هایی که توسط چائوم و همکاران بر روی گیاه نخل روغنی انجام شد نشان داد، وزن خشک گیاه زمانیکه تحت تاثیر تنش شوری قرار می‌گیرد کاهش می‌یابد. در این بررسی مشخص شد رابطه مستقیمی بین فعالیت PSII و بازده خاص فتوسنتز و وزن خشک گیاه وجود دارد (36).
در گونههای هالوفیت Atriplex رشد در غلظت‌های پایین سدیم کلراید تحریک شده است در حالیکه همین غلظت‌های شوری رشد را در گونههای غیر‌هالوفیت ممانعت کرده است. در آزمایشی که بر روی سه گونه سالسولا شامل S. orientalis و S. dendroides و S. richteri انجام شد ثابت کرد که هر سه گونه در نخستین سطح شوری 100 میلیمولار رشد مثبتی در بخش هوایی داشته‌اند ولی در سطوح بالاتر سدیم کلراید (200 الی 400 میلیمولار) رشد در بخش هوایی به طور معنی‌داری کاهش یافته است (11). بر اساس نتایج به دست آمده در این تحقیق درصد کاهش رشد در بخش ریشه در گیاهچه ده روزه و گیاه دو ماهه بیش از بخش هوایی بوده است. نتایج مشابهی توسط گورایی و همکاران (37) گزارش شده است.Reaumuria vermiculata گیاه هالوفیتی است که اثر غلظت‌های 0 الی 600 میلیمولار سدیم کلراید بر رشد آن بررسی شده است. رشد گیاه در غلظت‌های بالای NaCl به طور معنی‌داری کاهش یافته است. با وجود اینکه با افزایش غلظت سدیم کلراید، تولید توده‌زیستی و به دنبال آن وزن خشک در هر دو بخش هوایی و ریشه کاهش یافته، رشد ریشه حساسیت بیشتری در مقایسه با رشد بخش هوایی داشته است. تنش شوری منجر به تنش اسمزی و به‌دنبال آن کاهش پتانسیل آب می‌شود. در شرایط کنترل، پتانسیل آبی در سلول‌های ریشه نسبت به محیط خارج پایین‌تر است و ورود آب به ریشه از طریق پروتئین‌های کانال آبی رخ می‌دهد (38). در محیط شور، تفاوت در پتانسیل آب خاک و سلول‌های ریشه کاسته شده و یا حتی معکوس می‌شود که منجر به کاهش جذب آب و یا از دست رفتن آب می‌شود. وجود پتانسیل آب برای رشد ریشه لازم است، بنابراین ممانعت رشد و آسیب‌های بافتی در این شرایط اتفاق می‌افتد (39). میزان محتوای آبی در ریشه نسبت به برگ کمتر است، این کاهش باعث کم شدن فشار تورژسانس شده و در نتیجه روند رشد و توسعه سلول را با محدودیت روبرو می‌کند (40). به این ترتیب ممانعت رشد با کاهش محتوای آبی پیوسته است (41). در این تحقیق کاهش رشد ریشه بیش از کاهش رشد در برگ بوده است. بررسی RGR روشن کرد که در گیاهچه ده روزه بالاترین میزان RGR در شاهد بوده و پس از آن با افزایش غلظت شوری میزان RGR کاهش یافت. در گیاه دو ماهه بالاترین میزان RGR در تیمار 100 میلیمولار سدیم کلراید به دست آمد و پس از آن با افزایش غلظت سدیم کلراید میزان RGR کاهش یافت. بررسی تغییرات رشد در سه گونه هالوفیت Nitraria retusa , Atriplex halimus, Medicago arboreaدر غلظت های 0 الی 800 میلیمولار سدیم کلراید نشان داد که در غلظت‌های اولیه، RGR افزایش یافته و زمانیکه سطح شوری تا غلظت 200 میلیمولار افزایش می‌یابد. میزان RGR در N .retusa and A .halimus به طور معنی‌داری کاهش می‌یابد، در نتیجه سطوح اولیه شوری در مقایسه با کنترل برای رشد این دو گونه هالوفیت مناسب و بهینه است. میزان RGR در این دو گونه در غلظت 800 میلیمولار کاهش قابل توجهی می‌یابد. در گونه هالوفیت A .halimus بالاترین میزان رشد در شرایط کنترل به دست آمده است و RGR به طور معنی‌داری با افزایش غلظت شوری کاهش می‌یابد (5).
تغییرات آناتومی برگ در تیمارهای مشخص NaCl در گیاه دو ماهه
ویژگی‌های آناتومی اندام‌های گیاهی به ویژه ساختار آناتومی برگ در اثر تنش شوری تغییر می‌کند. افزایش حجم سلول‌‌ها به ویژه سلول‌های پارانشیم حفرهای و به دنبال آن افزایش ضخامت برگ از جمله این تغییرات است. همچنین در این شرایط از تعداد روزنه‌ها و سلول‌های اپیدرمی کاسته می‌شود (19). این نتایج در بررسی‌های فوق نیز به دست آمد. بسته شدن روزنه‌ها از دست دادن آب را کم کرده و منجر به کاهش تنفس می‌شود و در نتیجه تجمع یون‌های سمی را در بخش هوایی به حداقل می‌رساند.
همانگونه که ذکر شد ضخامت اپیدرم، مزوفیل حفرهای و مزوفیل نرده‌ای به طور معنی‌دار (01/0p<) تحت تنش شوری افزایش یافت. در دو گونه هالوفیت Nitraria retusa و Atriplex halimus نیز افزایش ضخامت اپیدرم و مزوفیل همراه با افزایش غلظت سدیم کلراید تا 300 میلیمولار گزارش شده است (5). بهعلاوه، اطلاعات موجود با اطلاعات گزارش شده در Salicornia europaea و Suaed maritime موافق است (42). بررسی‌ها نشان داد در گونههای Suaeda به دنبال تجمع نمک در محیط اندازه سلول‌های اپیدرمی افزایش و تعداد آن‌ها کاهش یافت (19). تمامی این تغییرات آناتومیکی وابسته به سازگاری‌های گیاه هالوفیت نسبت به غلظت بالای سدیم کلراید در محیط رشد است.
نتیجهگیری
بر طبق نتایج بدست آمده از این تحقیق می توان بیان نمود که گیاه Salsola arbuscula گیاه هالوفیتی است که با وجود اینکه در مرحله جوانه زنی بذر حساسیت بیشتری نسبت به تنش شوری در مقایسه با گیاه کامل دارد ولی با دارا بودن قدرت جوانه زنی پس از احیا، مشخص می گردد که سمیت یونی ایجاد شده در بذر دائمی نبوده و ممکن است تنش اسمزی عامل عدم جوانه زنی بذر تحت تنش باشد. همچنین با افزایش تنش شوری رشد گیاهچه و گیاه کاهش یافت که علت کاهش احتمالا تغییر مسیر انرژی از سمت رشد به سمت تعادل است ولی در برخی غلظت ها افزایش رشد گیاه مشاهده گردید که نیاز به رژیم تغذیه ای مناسب برای سدیم توسط این گیاه هالوفیت را نشان می دهد. تغییر آناتومی مشاهده شده در برگ در تیمار شوری نیز پاسخی است که منجر به سازگاری گیاه نسبت به غلظت های بالای سدیم کلراید می گردد. بنابراین گیاه با مکانیسمهای متفاوت قادر است قدرت جوانه زنی خود را در محیط شور و پس از مساعد شدن شرایط استرس حفظ نموده و در مراحل مختلف رشد و نمو نیز با تغییرات رشدی و آناتومیکی در شوری مقاومت نماید. بررسی مکانیسمهای مقاومت در این گیاه نیازمند تحقیقات گستردهتری می باشد.
تشکر و قدردانی
نویسندگان مقاله از حوزه معاونت محترم پژوهشی و فناوری دانشگاه اراک و قطب تنش‌های گیاهی دانشگاه اصفهان که حمایت مالی و اجرایی این تحقیق را به عهده داشتند صمیمانه تشکر و قدردانی می‌نمایند.
)