مقایسه سه پایه رویشی M9، MM111 و MM106 در جذب سدیم، پتاسیم و کلر در شرایط تنش شوری NaCl

چکیده

شوری خاک به عنوان یکی از تنش‌های مهم غیر زنده، با بر هم زدن تعادل عناصر معدنی و برخی دیگر از اثرات منفی، رشد و باردهی گیاهان را تحت تاثیر قرار می‌دهد. با توجه به سطح بالای شوری در خاک‌های کشاورزی ایران و گسترش روزافزون این تنش، مطالعه پاسخ گیاهان به این تنش و بررسی روش‌های کنترل آن، اهمیت بسیار بالایی دارد. با وجود گسترش روزافزون استفاده از پایه‌های رویشی سیب به سبب خصوصیات بسیار اقتصادی و مناسب آنها، میزان مقاومت آنها در برابر تنش شوری و سازوکار پاسخ، هنوز به طور کامل مشخص نشده است. لذا در این تحقیق سعی شد تا میزان مقاومت و حساسیت سه پایه رویشی سیب (M9، MM111 و MM106) و مکانیسم پاسخ به تنش در این پایه‌ها مورد بررسی قرار گیرد تا پایه مناسب جهت کشت در مناطق دارای تنش شوری مشخص گردد.

کلمات کلیدی: پایه‌های سیب، تنش شوری، سدیم، کلر، پتاسیم

مقدمه

ارقام سیب حاصل از كشت بذر شباهت صد درصدی به گیاه مادری[1] را ندارند. به همین دلیل درختان سیب تجاری به صورت هم­گروهی از طریق پیوند جوانه یا پیوند شاخه رقم مورد نظر روی پایه رویشی تكثیر می­شوند. پایه­های بذری به دلیل القای قدرت رشدی بیشتر در پیوندك، ایجاد ناهماهنگی در رشد درختان پیوندی (به دلیل ناخالص بودن^[2]) و دیر به بار نشستن درختان پیوندی از اهمیت كم­تری برخوردارند (خواجه الدینی و همکاران، ۱۳۸۶). در خاک‌های سدیمی، ‌کمبود برخی از عناصر کم مصرف مانند آهن، منگنز، روی و مس وجود دارد که بر رشد گیاه اثر منفی می‌گذارد. همچنین غلظت بالای سدیم به ریشه گیاه صدمه زده و در خاک‌های رسی با درصد سدیم بالا، به واسطه‌ی تخریب خاکدانه‌ها که ناشی از جذب یون‌های سدیم هیدراته در سطح رس می‌باشد، ساختمان فیزیکی نامناسبی را ایجاد می‌نماید. این خاک‌ها دارای نفوذپذیری پایینی ‌بوده و با حساسیت به بستن سله، محیط نامناسبی برای رشد گیاه به حساب می‌آیند. یکی از مشکلات خاک‌های شور سدیمی، ‌اثر منفی سدیم بر جذب عناصر و تغذیه معدنی و بسیاری از فرایندهای فیزیولوژی گیاه می‌باشد (Lauchli & Epstein, 1990). یون‌های کلسیم و سدیم دارای اثر رقابتی با یکدیگر بوده و تنظیم مناسب این دو عنصر بر جذب عناصر غذایی دیگر نیز تاثیر می‌گذارد (Renault, 2005). سمیت یون سدیم مانع از جذب و ورود یون کلسیم به بخش درون سلولی شده و با این افزایش سمیت، نسبت درون سلولی یون سدیم به کلسیم افزایش می‌یابد که این کاهش غلظت یون کلسیم، می‌تواند میزان مقاومت گیاه به شرایط تنش را محدود نماید (Khan, 2000). طی تنش شوری علاوه بر کاهش جذب آب، تجمع برخی از یون‌ها در غلظت بالا در بافت گیاه می‌تواند منجر به سمیت و یا عدم تعادل یونی گردد. در این شرایط به دلیل فراوانی و غالبیت یون‌های سدیم و کلر در آب و خاک‌های شور، از جذب بسیاری از عناصر پر مصرف کاسته می‌شود و غلظت یون سدیم در مقایسه با کلسیم و پتاسیم در گیاه افزایش می‌یابد (Renault, 2005). تنش شوری همانند سایر تنش‌های محیطی، اثر مخرب زیادی بر گیاه داشته و منجر به کاهش محصول حتی در سطوح پایین می‌گردد و همچنین اندازه و تعداد میوه را کاهش می‌دهد (Flowers et al., 1997). در شرایط تنش شوری، علایم سوختگی برگ معمولا مربوط به تجمع سدیم و کلر می‌باشد که سپس باعث پیری و ریزش برگ‌ها می‌گردد (Gomez et al., 1998). گیاهان را براساس درجه تحمل به تنش شوری به سه گروه تقسیم ‌می‌کنند، الف) گلیکوفیت‌ها[3] که گیاهانی حساس به نمک هستند و بیشتر شامل گیاهان اهلی شده زراعی و درختان میوه می‌باشند. این گیاهان قادر نیستند به مدت زیادی در معرض نمک قرار گیرند. جهت دفع سمیت سدیم، بیشتر گلیکوفیت‌ها بر محدود کردن جذب سدیم تکیه می‌کنند. اما چون درون سلول نسبت به فضای خارج سلول از نظر بار یونی منفی‌تر است و چون ناقلین کاتیونی غشاهای سلولی، نسبت به سدیم به میزان بالایی نفوذپذیر هستند، بنابراین با نفوذ دایمی ‌سدیم که غیر قابل جلوگیری است این تنش به وجود می‌آید. همچنین در این گیاهان، پیامد جذب سدیم، بازداری از جذب پتاسیم به مدت طولانی به دلیل رقابت با سدیم می‌باشد که با کمبود شدید پتاسیم در گیاه همراه است که به صورت حاشیه سوختگی در برگ‌ها مشاهده می‌شود (Verslues et al, 2006; Botella et al., 2005) .ب) گیاهان مقاوم به شوری یا‌ هالوفیت‌ها[4] که برای مقابله با یون‌های اضافی موجود در خاک مکانیسم‌های مختلفی را به کار می‌برند. به عنوان مثال انتقال یون‌های مضر به مکان‌های تعبیه شده همانند درون واکوئل‌های سلولی، تبدیل یون‌های سمی ‌به مواد قابل استفاده و … . ج) مزوفیت‌ها که دارای مقاومت اندکی به تنش شوری هستند. اما برای حصول حداکثر رشد و عملکرد،‌ بایستی در مناطق بدون تنش شوری کشت شوند (Zhu, 2001). کلسیم می‌تواند سمیت سدیم را در گیاه با کاهش ورود این عنصر از طریق کانال‌های غیر انتخابی کاهش دهد. همچنین افزایش غلظت یون کلسیم در خارج از سلول، مانع از القای خروج یون پتاسیم به بیرون از سلول می‌گردد که این عمل کلسیم، توسط حفظ خواص غشای سلول انجام می‌شود. در این زمینه دو کانال پتاسیمی‌ حساس به غلظت کلسیم در سلول‌های اپیدر‌می ریشه و برگ آرابیدوپسیس شناسایی شده ‌است. این کانال‌ها واکنشی به غلظت سدیم نشان نمی‌دهند ولی نوع دیگری از این کانال‌ها شناسایی شده‌است که بسیار به غلظت سدیم حساس می‌باشند. این کانال‌ها که در ریشه و برگ‌ شناسایی شده‌اند، حساسیت متفاوتی به غلظت‌های کلسیم و سدیم نشان داده‌اند که گفته می‌شود می‌توانند رویکردهای متفاوتی را در گیاهان حساس یا مقاوم داشته باشند. این نتایج نشان می‌دهد که کاهش خروج پتاسیم از سلول ناشی از تنظیمات همین کانال‌هاست (Hadi & Karimi, 2012).

بیان مسئله

 در شرایط بدون تنش، سلول حاوی نسبت بالایی از عناصر پتاسیم به سدیم می‌باشد که در آن غلظت پتاسیم سلول حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلی مولار و غلظت سدیم یک تا ۱۰ میلی مولار است. به سبب پتانسیل منفی موجود در غشای سلولی (۱۴۰- میلی ولت) در صورت وجود مقدار بالای یون‌های سدیم در خارج از سلول، این یون با سرعت در سلول تجمع می‌یابد (et al., 2010 Patel (Zhu, 2002;. محدود سازی ورود سدیم به سلول‌های ریشه یا آوند چوبی یکی از راه‌هایی است که با به کارگیری آن گیاه می‌تواند نسبت پتاسیم به سدیم را در سلول در شرایط تنش پایین نگه دارد (Chinnusamy et al, 2005). پایه‌های مختلف در جذب عناصر دارای ویژگی های متفاوتی هستند که این ویژگی می‌تواند در حساسیت یا مقاومت برخی پایه‌ها به تنش شوری موثر واقع شود. هریک از پایه­‌های سیب دارای خصوصیات مورفویوژیکی و فیزیولوژیکی متفاوتی هستند که بایستی جهت انتخاب کشت بسته به شرایط محل موردنظر مورد توجه قرار گیرد. لذا در این تحقیق سعی بر شفاف سازی تفاوت سه پایه رویشی سیب در میزان جذب عناصر سدیم، پتاسیم و کلر می‌باشد تا تفاوت آنها در میزان جذب این سه عنصر که نقش بسیار مهمی در مقاومت به تنش شوری دارد، نمایان گردد.

تصمیم و اقدام

برای انجام این آزمایش از نهال‌‌های دو ساله سیب که دارای پیوندک مشترک رددلیشز و سه پایه M9، MM111 و MM106 بودند استفاده شد. تنش شوری ناشی از NaCl در پنج سطح که منجر به هدایت الکتریکی 7/1، 2/2، 9/2، 5/3 و 9/3 میلی زیمنس در محلول‌های غذایی گردید استفاده شد. محلول‌های غذایی دارای تنش طی مدت شش ماه در شرایط هیدروپونیک روی درختان اعمال گردیدند. سپس با مشاهده شروع علایم تنش در درختان تحت آزمایش، اندازه‌گیری‌های مربوط به محتوای عناصر از برگ درختان انجام شد. در طی شش ماه تنش، محتوای عناصر معدنی در سه دوره اندازه‌گیری گردید.

پیامدها و دستاوردها

یکی از اثرات منفی تنش شوری بر گیاهان، برهم زدن جذب عناصر غذایی همانند پتاسیم می‌باشد. به طور معمول گیاهان تحت تنش شوری مقدار بالاتری از یون سدیم را به جای پتاسیم و کلسیم جذب می‌نمایند و گیاه به شدت با کمبود پتاسیم مواجه می‌گردد (Hadi & Karimi, 2012).

نهال‌های پیوندی روی پایه MM111، در هر سه دوره بیشترین نکروزه برگ را نسبت به دو پایه دیگر نشان دادند که به شکل سوختگی نوک و حاشیه برگ‌ها مشخص بود. طی مرداد ماه پس از علایم نکروزه شدید در نهال‌های تغذیه شده با محلول غذایی پنجم در پایه MM111، محلول غذایی سوم در هر سه پایه درصد بالایی از برگ‌های نکروزه شده را (بین 30 تا 80 درصد) ایجاد کرد. یکی از علایم تجمع سديم در برگ‌ها، زرد شدن و در نهایت از بين رفتن آن‌ها مي‌باشد (Sotiropoulos et al., 2006). يون‌هاي سديم و كلر معمولاً شايع‌ترين يون‌هاي موجود در خاك و آب‌هاي شور هستند و مي‌توانند اثر مخربی بر گياهان داشته باشند، زيرا با افزايش فشار اسمزي محلول خاك، ايجاد سميت يوني در گياه و برهم زدن تعادل يون‌هاي مورد نياز گیاه مانند پتاسيم، در نهایت منجر به سوختگی حاشیه برگ‌ها می‌شوند.

نمودار ۴-۱. درصد برگ‌های نکروزه شده نهال سیب رقم رددلیشز روی پایه‌های M9، MM111 و MM106 تحت تنش شوری

در مطالعه رشد طولی شاخه مشاهده شد که پایه M9 رشد رویشی بالاتری را طی دوره تنش موجب گردید و کمترین رشد نیز مربوط به نهال‌های روی پایه MM111 بود.

نهال‌های پیوند شده روی پایه MM111 طی خرداد تا مرداد ماه (دوره اول تا دوم اندازه‌گیری) بیشترین برگ از دست داده را طی سطوح مختلف تنش داشتند. در دو پایه دیگر ریزش برگ کمتر از پایه MM111 بود. به خصوص پایه M9 که کمترین ریزش برگ را داشت.

تقریبا در هر سه دوره اندازه‌گیری شده، برگ‌های روی پایه M9 بالاترین محتوای پتاسیم برگ را داشتند. در برگ‌های روی پایه MM106 نیز پایین‌ترین درصد پتاسیم به دست آمد که تفاوت معنی داری با برگ‌های روی پایه MM111 نداشت.

همه محلول‌های حاوی تنش به جز محلول شاهد به طور معنی‌داری منجر به کاهش درصد پتاسیم برگ‌ها و افزایش درصد سدیم گردیدند به طوریکه نسبت پتاسیم به سدیم در برگ درختان تحت تنش و به خصوص در سطوح بالاتر، کاهش یافت. در مقالات بسیاری به اهمیت نسبت پتاسیم به سدیم در شرایط تنش شوری اشاره شده است و آن را حتی مهم‌تر از محتوای سدیم ‌گیاه دانسته‌اند (Chinnusamy et al., 2005; Parida & Das, 2005). در شرایط بدون تنش، این نسبت در سیتوپلاسم سلول برگ گیاهان حدود 100 می‌باشد که تحت تنش شوری با تجمع سدیم تا چندین برابر کاهش می‌یابد و به نوعی در تعیین حساسیت یا مقاومت ارقام به این تنش نیز کاربرد دارد (West, 1978).

در شرایط تنش شوری تجمع یون کلر همانند یون سدیم در برگ‌ها، در تشدید علایم سوختگی برگ نقش پررنگی را ایفا می‌نمایند که ایجاب می‌کند بسته به رقم و نوع ژنوتیپ گیاه، میزان تجمع هر دو یون در برگ‌ها مشخص شود. در مطالعه اثر پایه‌ها بر این شاخص مشاهده شد که نهال‌های پیوند شده روی پایه M9، دارای پایین‌ترین درصد کلر در برگ خود بودند و نهال‌های پیوندی روی پایه MM111 به طور غیرمعنی‌داری درصد کلر بالاتری از پایه MM106 داشتند. همچنین سطح پنجم تنش که بالاترین مقدار نمک NaCl را داشت، منجر به بالاترین درصد کلر در برگ‌ها گردید.

چنانچه نتایج این آزمایش نشان داد، پایه MM111 ضعیف‌ترین عملکرد را طی تنش شوری داشت. این پایه سریعترین و شدیدترین علایم ظاهری تنش را که به صورت محدود شدن رشد، نکروزه و ریزش برگ‌ها بود، نشان داد. در مقابل، پایه M9 دارای مقاومت بالاتری نسبت به این تنش بود به طوریکه پس از گذشت چهارماه از اعمال تنش هنوز علایمی از تنش شوری و ضعف را نشان نداد. پایه MM106 نیز عملکرد متوسطی در بروز علایم ظاهری تنش داشت. به نظر می‌رسد درختان سیب در مقابله با تنش شوری دارای مکانیسم ویژه‌ای همانند درختان مقاوم نمی‌باشند و تنها راه مقابله این نوع گیاهان در شرایط تنش شوری، ریزش برگ‌های محتوی سدیم و کلر بالا باشد.

منابع

1. خواجه الدینی، م. ع.، خلیقی، ا. و مصطفوی، م. 1386. بررسی ریزازدیادی سیب پایه مالینگ مرتون 106 با استفاده از تکنیک کشت بافت در مرحله  شاخساره زایی. ماهنامه زیتون. شماره ۱۸۵. ۹-۱.
2. Botella, M. A., Rosado, A., Bressan, R. A. & P. H. Hasegawa. (2005). Plant Adaptive Responses to Salinity Stress. In Plant Abiotic Stress. Blackwell Publishing.
3. Chinnusamy, V., Jagendorf, A. & J. K. Zhu. (2005). Understanding and Improving Salt Tolerance in Plants. Crop Science. 45, 437- 448.
4. Flowers, T. J., Troke, P. F. & A. R. Yeo. (1997). The mechanism of salt tolerance in halophytes. Annual Review of Plant Physiology. 28, 89-12.
5. Gomez, A., Tadeo, F. R., Primo-Millo, E. & M. Talon. (1998). Involvement of abscicic acid and ethylene in the response of citrus seedlings to salt shock. Physiologia Plantarum. 103, 475- 484.
6. Hadi M. R. & N. Karimi. (2012). The Role of Calcium in Plants Salt Tolerance. Journal of Plant Nutrition. 35 (13), 2037-2054
7. Lauchli, A. & E. Epstein. (1990). Plant responses to saline and sodic conditions. Agricultural Salinity Assessment and Management Manual. America Society of Civil Engineers Journal. 113-137.
8. Khan, M. A. (2000). Effects of Salinity on Growth, Water Relations and Ion accumulation of the subtropical perennial haplotype Atriplex griffithii var. Stocksii. Annals of Botany. 85, 225-232.
9. Parida, A. K. & A. B. Das. (2005). Salt tolerance and salinity effects on plants. A review. Ecotoxicology and Environmental Safety. 60, 324-349.
10. Patel, N. T., Guptab, A. & A. N. Pandey. (2010). Salinity tolerance of Avicennia marina (Forssk.) Vierh. From Gujarat coasts of India. Aquatic Botany. 93, 9-16.
11. Renault, S. (2005). Response of red osier dogwood (Cornus stolonifera) seedlings to sodium sulphate salinity: effects of supplemental calcium. Physiological Plantarum. 123, 75-81.
12. Sotiropoulos, T. E., Dimassi, K.N., Tsirakoglou, V. & I. N. Therios. (2006). Responses of two Prunus rootstock to KCl induced salinity in vitro. Biologia Plantarum. 50 (3), 477- 480.
13. Verslues, P. E., Agarwal, M., Katiyar-Agarwal, S., Zhu, J. & J. K. Zhu. (2006). Methods and concepts in quantifying resistance to drought, salt and freezing, abiotic stresses that affect plant water status. The Plant Journal. 45, 523-539.
14. West, D. W. (1978). Water use and sodium chloride uptake by apple trees. Journal of Plant and Soil science. 50, 37- 49.
15. Zhu, J. K. (2002). Salt Drought Stress Signal Transduction in Plants. Annual Review of Plant Biology. 53, 247-273.
16. Zhu, J. K. (2001). Plant salt tolerance. TRENDS in Plant Science. 6, 66-71.

[1] True to type                       

[2] Heterozygous                                                      

[3] Glycophytes

[4] Halophytes