Investigation of the allelopatic effects of aqueous extracts of barley on germination and seedling electrical leakage of Lolium multif and Avena ludoviciana

مقدمه

هرچند که علف کش های شیمیایی به عنوان یک روش کلیدی در کنترل علف های هرز محسوب می شوند اما مشکلاتی مانند اثر سو مواد شیمیایی بر محیط زیست و افزایش گونه های علف هرز مقاوم به سموم شیمیایی از پیامدهای استفاده از این ترکیبات می باشد. برای جلوگیری از گسترش مقاومت علفهای هرز وهمچنین کاهش مشکلات زیست محیطی ایجاد شده در اثر مصرف علف کشها و نیز کم کردن
هزینه های تولید باید از استراتژی جایگزین مانند استفاده از روش های بیولوژیک و زراعی در کنار
روش های شیمیایی استفاده کرد. یکی از این روش های بیولوژیک استفاده از خاصیت دگرآسیب گیاهان علیه گیاهان دیگر (علف های هرز) است. تحقیقات اصغری و تواری (1384) بیانگر کاهش رشد گیاهچه خردل وحشی تحت تاثیر عصاره آبی جو بود (1). در همین حال تحقیقات لبافی حسین آبادی و همکاران (1387) نشان داد که رشد گیاهچه یولاف وحشی و ماشک گل خوشه ای تحت تاثیر بذر گندم در حال جوانه زنی کاهش یافت (5).

شناسایی مکانیزم های عمل مواد دگرآسِیب در گیاهان می تواند نقش مهمی در معرفی،تولید و استفاده از این مواد به صورت عملی داشته باشد. یکی از جنبه های تاثیر تنش محیطی از جمله ترکیبات آللوپاتیک بر گیاهان، تولید انواع رادیکال های آزاداکسیژن است. رادیکال های اکسیژن قادرند با حمله به لیپید های غشا، پروتئین و ماده وراثتی سلول (DNA)سبب تخریب آنها شوند(6). بررسی غلظت مالون دی آلدهید بافت گیاهی می تواند بیانگر میزان تخریب غشا سلولی باشد زیرا این ترکیب تحت تاثیر تخریب غشا سلولی آزاد می شود (7). تحقیقاتYuو همکاران (2003) نشان داد که رشد گیاهچه های خیار تحت تاثیر ترکیبات آللوپاتیک کاهش یافت. ایشان همبستگی مثبتی میان کاهش رشد گیاهچه خیار تحت شرایط حضور ترکیبات دگرآسیب با تخریب و پراکسیده شدن غشاهای سلولی خیار مشاهده کردند (12). در همین حال فرهودی و همکاران (1384) کاهش رشد  خردل وحشی تحت تاثیر عصاره آبی آفتابگردان را ناشی از تخریب غشا سلولی در گیاهچه خردل وحشی عنوان نمودند (4).

کنترل علف های هرز در مرحله جوانه زنی و استقرار بذر می تواند نقش به سزایی در کاهش خسارت علف های در مزارع گیاهان زراعی داشته باشد. تحقیق حاضر به منظور بررسی تواناییدگرآسیبی عصاره آبی اندام هوایی جو بر رشد گیاهچه  و پایداری غشا سلولی گیاهچه چچم و یولاف وحشیبه عنوان یک مکانیسم خسارت زا انجام شد.

مواد و روشها

این آزمایش به منظور بررسی تاثیر عصاره آبی جو (Hordeumvulgare)بر رشد گیاهچه چچم((Loliummultifو یولاف وحشی(Avenaludoviciana) در دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شوشتر انجام شد. این تحقیق در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی در 4 تکرار انجام شد. فاکتوراول غلظت عصاره آبی جو (0، 4، 8 و 12 درصد) و فاکتور دوم گیاهان هدف (چچم و یولاف وحشی ) بودند. به منظور تهیه عصاره آبی4، 8 و 12 درصد جو، به ترتیب 4، 8 و 12 گرم پودر کاه و کلش جو (رقم ماکویی)که از مزارع آبی این گیاه جمع آوری شده بود در 100 میلی لیتر آب مقطر ریخته شد. پس از 12 ساعت نمونه ها به دستگاه شیکر با دور 120 دور در دقیقه به مدت 12 ساعت منتقل شد. به منظور شکست خواب بذر چچم و یولاف وحشی از روش سرمادهی (5 درجه سانتیگراد به مدت 10 روز در خاک اره مرطوب) استفاده شد. قبل از سرمادهیبذور هدف توسط محلول  وایتکس 5 درصد به مدت 3دقیقه ضدعفونی شدند. برای آزمایش جوانه زنی 25 عدد بذر از هر گیاه در  پتری دیش  حاوی یک عدد کاغذ صافی واتمن قرار گرفت و پنج میلی لیتر از محلول مورد نظر یا آب مقطر (به عنوان شاهد) به محیط پتری دیش اضافه شد. شمارش روزانه بذور برای جمع آوری اطلاعات هر روز 11 صبح انجام می شد.در طول آزمایش، بذور در دستگاه جوانه زنی در دمای1 ±22  درجه سانتی گراد، رطوبت 70 درصد و تاریکی قرار گرفتند.  در این آزمایش درصد جوانه زنی، میانگین زمان جوانه زنی، وزن خشک گیاهچه،  نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید  بافت گیاهچه مورد بررسی قرار گرفتند.

به منظور تعیین غلظت مالون‌دی آلدهید در برگ، ابتدا3/0 گرم بافت تازه گیاهچه را در محلول 20 درصد تیوکلرواستیک اسید^[1] (TCA) که حاوی 5/0 درصد تیو باربیتوریک اسید^[2] است کاملا پودر کرده و سپس این مخلوط به مدت 25 دقیقه در دمای 95 درجه سانتی گراد در حمام بن ماری حرارت داده شد. سپس این مخلوط را در حمام یخ سرد کرده و طبق روش Valentovicو همکاران(2006)  غلظت مالون‌دآلدئید در طول موج 532نانومتراندازه گیری شد (10).نشت پذیری غشا سلولی توسط روشValentovicو همکاران(2006) سنجیده شد (10). در این روش نییم گرم بافت گیاهچه را پس از شستشو با آب مقطر در 10 میلی لیتر آب مقطر در قوطی های فیلم استریل شده در دمای اتاق به مدت دو ساعت شناور کرده و در پایان دو ساعت، هدایت الکتریکی آب توسط هدایت سنج (مدلInob1) در دمای اتاق سنجیده شد. سپس نمونه ها به انکوباتور با دمای 100 درجه سانتیگراد منتقل شده و به مدت 20 دقیقه در این شرایط قرار گرفتند. پس ازخنک شدن نمونه ها، مجددا هدایت الکتریکی نمونه ها را اندازه گرفته و از معادله 1 نشت پذیری غشا بر حسب درصد اندازه گیری شد:

معادله 1-------------

 برای اندازه گیری درصد جوانه زنی بذور از معادله 2 استفاده شد (9).

معادله 2-----------------------

میانگین زمان جوانه زنی بذور  نیز با استفاده از معادله 3 محاسبه شد (9).

معادله 3------------

 محاسبات آماری داده‌های حاصل از آزمایش با استفاده از نرم‌افزار Mstatc انجام شد و برای رسم نمودارها و گراف‌ها از نرم‌افزار Excel و برای مقایسۀ میانگین‌ها از آزمون چند دامنه‌ای دانکن (در سطح5 درصد) استفاده شد.  جهت محاسبه همبستگی میان صفات مورد نظر از نرم افزارSPSS استفاده شد. جهت نرمال کردن داده ها از روش آرک سینوس استفاده شد.

نتایج و بحث

وزن خشک و طول گیاهچه

نتایج نشان داد که وزن خشک و طول گیاهچههای هدف تحت تاثیر معنی دار گیاه هدف، غلظت عصاره آبی جو و اثرات متقابل این دو فاکتور قرار گرفت (جدول 1). با افزایش غلظت عصاره آبیجو کاهش وزن خشک گیاهچه در گیاهان یولاف وحشی و چچم مشاهده شد (شکل 1) که این کاهش در گیاه چچم بیش از یولاف وحشی بود. نتایج نشان داد که وزن خشک گیاهچه یولاف وحشی تنها تحت غلظت 12 درصد عصاره آبی جو در مقایسه با شاهد کاهش یافت در حالیکه کاهش وزن خشک گیاهچه چچم از سطح 4 درصد عصاره آبی جو آغاز شد که بیانگر حساسیت بیشتر گیاهچه چچم به ترکیبات دگر آسیب جو است. همچنین نتایج نشان داد که علی رغم کاهش  طول گیاهچه در چچم و یولاف وحشی، این صفت در گیاهچه چچم بیشتر تحت تاثیر ترکیبات دگرآسیب عصاره جو قرار گرفت و کاهش یافت (جدول 2).بین وزن خشک و طول گیاهچه با نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید همبستگی منفی مشاهده شد (جدول 3) که بیانگر تاثیر منفی تخریب غشا سلولی بر رشد گیاهچه یولاف وحشی و چچم است. در همین حال Wu و همکاران (2000) کاهش وزن  و رشد گیاهچهLoliumrigidum تحت تاثیر اثرات دگرآسیب گندم را گزارش نمودند (11). اصغری و تواری (1384) بیان نمودند که ترکیبات دگرآسیب گیاه جو سبب کاهش رشد گیاهچه خردل وحشی می شوند (1) که با تحقیق حاضر همخوانی دارد.

درصد و میانگین زمان جوانه زنی

نتایج نشان داد که  درصد جوانه زنی گیاهچه های هدف تحت تاثیر معنی دار گیاه هدف، غلظت عصاره آبی جو و اثرات متقابل این دو فاکتور قرار نگرفت اما تاثیر گیاه هدف، غلظت عصاره آبی جو و اثرات متقابل این دو فاکتوربر میانگین زمان جوانه زنی بذر های هدف معنی دار بود(جدول 1).نتایج نشان داد که با افزایش غلظت عصاره آبی جو میانگین زمان جوانه زنی در گیاهچه یولاف وحشی و چچم افزایش یافت. افزایش معنی دار میانگین زمان جوانه زنی درگیاه چچم از سطح 8 درصد عصاره آبی جو آغاز شد در حالیکه در گیاه یولاف وحشی افزایش معنی دار میانگین زمان جوانه زنی تنها در سطح 12 درصد عصاره آبی جو مشاهده شد.درسطح عصاره آبی 12 درصد جو بیشترین میانگین زمان جوانه زنی در گیاه چچم مشاهده شد. بین میانگین زمان جوانه زنی با نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید همبستگی مثبت و معنی داری مشاهده شد (جدول 3) که می تواند بیانگر تاثیر منفی تخریب غشا سلولی بر ظهور گیاهچه و میانگین زمان جوانه زنی است.احتمالا تخریب بیشتر غشاهای سلولی در چچم در مقایسه با یولاف وحشی دلیل تاخیر درظهور گیاهچه و افزایش میانگین زمان جوانه زنی در این گیاه است که با تحقیقات فرهودی و همکاران (1386) مطابقت دارد (1).تحقیقات عباس دخت و چایی چی ( 1382 ) نیز نشان داد که بقایای نخود سیاه سبب کاهش درصد و سرعت جوانه زنی سورگوم، سویا و آفتابگردان شد نامبردگان گزارش کردند که  واکنش سرعت جوانه زنی به مواد دگرآسیب بِیشتر از درصد جوانه زنی بود (3).مطالعات Orzak و همکاران (2003) نیز بیانگر افزایش تخریب غشاهای سلولی در گیاهچه خردل وحشی و در نتیجه کاهش سرعت طهور و رشد گیاهچه آن تحت تاثیر عصاره بقایای آفتابگردانبود (8) که با نتایج آزمایش حاضر همخوانی دارد.

نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید برگ

نتایج نشان داد که  نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید برگ گیاهچه های هدف تحت تاثیر معنی دار گیاه هدف، غلظت عصاره آبی جو و اثرات متقابل این دو فاکتور قرار گرفت (جدول 1). با افزایش غلظت عصاره آبی جو افزایش نشت پذیری غشا سلولی (شکل2) و غلظت مالون دی آلدهید گیاهچه(جدول 2) در یولاف وحشی و چچم دیده شد. افزایش معنی دار این دو صفت در چچم از سطح غلظت عصاره آبی4 درصد آغاز شد در حالیکه در گیاه یولاف وحشی نشت پذیری غشا سلولی از سطح عصاره آبی 8 درصد و غلظت مالون دی آلدهید بافت گیاهچه تنها در سطح عصاره آبی 12 درصد معنی دار شد (شکل 2 و جدول 2). این نتایج نشان دهنده تاثیر پذیری بیشتر گیاهچه چچم از ترکیبات دگرآسیب گیاه جو است.Yu و همکاران (2003)گزارش نمودند که اضافه نمودن ترکیبات دگرآسیب به محیط هیدروپونیک رشد خیار سبب تخریب غشاهای سلولی و کاهش رشد گیاهچه های خیار شد(12). در همین حال فرهودی و همکاران (1386) کاهش رشد گیاهچه های خردل وحشی و کلزا تحت تاثیر ترکیبات دگرآسیب آفتابگردان را ناشی از افزایش تخریب غشا سلولی در این گیاهان عنوان نمودند (4). در آزمایش حاضر گیاهچه های چچم که در مقایسه با گیاهچه های یولاف وحشی از وزن خشک و طول گیاهچه کمتری برخوردار بودند نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید بیشتری داشتند که بیانگر حساسیت بیشتر گیاهچه های چچم به ترکیبات دگرآسیب جو است.  مطالعات Orzak و همکاران (2003) نیز نشان داد که تخریب غشاهای سلولی در گیاهچه خردل وحشی تحت تاثیر بقایای گیاهی آفتابگردان عامل اصلی کاهش رشد گیاهچه و افزایش زمان جوانه زنی در این گیاه است (8).

نتایج آزمایش حاضر نشان داد که وزن خشک گیاهچه های یولاف وحشی و چچم تحت تاثیر عصاره آبی جو قرار گرفت و کاهش یافت (شکل1) اما واکنش این دو گیاه به غلظت عصاره آبی جو متفاوت بود زیرا گیاهچه چچم بیشتر تحت تاثیر منفی ترکیبات دگرآسیب عصاره جو قرار گرفت.تاثیر منفی ترکیبات دگرآسیب حاصل از گیاهان مختلف از جمله جو بر جوانه زنی و رشد گیاهچه در بسیاری از گیاهان گزارش شده است (1، 2، 4 و 5). تخریب غشا های سلولی تحت تاثیر ترکیبات دگرآسیب می تواند یکی از دلایل عمده کاهش رشد گیاهچه گیاهان هدف تحت تاثیر حضور مواد دگرآسیب باشد (4 و 12). با توجه به نتایج آزمایش حاضر می توان گفت بررسی صفاتی مانند نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید گیاهچه (به عنوان نشانه تخریب غشا سلولی) می تواند نقش به سزایی در بررسی پاسخ گیاهچه گیاهان هدف به ترکیبات دگرآسیب داشته باشد. با توجه به همبستگی منفی میان نشت پذیری غشا سلولی و غلظت مالون دی آلدهید بافت گیاهچه هدف در این آزمایش با صفاتی نظیر وزن خشک گیاهچهو طول گیاهچه (جدول 3) می توان گفت یکی از مکانیسم های آسیب ترکیبات دگرآسیب در آزمایش حاضر تخریب غشاهای سلولی است. گیاهچه های یولاف وحشی با نشت پذیری غشا سلولی  و غلظت مالون دی آلدهید کمتر از وزن خشک و طول گیاهچه بیشتری برخوردار بودند در حالیکه میانگین زمان جوانه زنی کمتری داشتند. این نتایج می تواند بیانگر این باشد که تخریب غشاهای سلولی در این دو علف هرز به ویژه چچم یکی از مکانیسم های اصلی خسارت زا ترکیبات دگرآسیب جو باشد.