جوانه زنی بذر و تاثیر استفاده از اوزون بر آن
این مقاله به تاثیر استفاده از اوزون بر جوانه زنی بذر ها، تغییرات کیفی همراه با آن و عوامل موثر بر کارایی اوزون می‌پردازد.
افزایش جمعیت جهان طبعا موجب بالا رفتن تقاضای غذایی میشود. از سوی دیگر، زمین‌های زراعی نیز در راستای تسریع فرایند شهرنشینی و صنعتی‌سازی، به شدت رو به کاهش گذاشته که این امر، تاثیر بسیاری بر زمین‌های در دسترس تولیدکنندگان دارد. با این حال، توسعه‌ی جوانه زنی بذر ها، امکان بهبود محصولات کشاورزی و به دنبال آن، ایمنی مواد غذایی را فراهم خواهد آورد. روش‌های شیمیایی که به شکل سنتی جهت بهبود جوانه‌زنی انجام می‌گیرد، محدودیت‌های عمده‌ای نظیر آسیب به محیط زیست، مصرف زمان و نیز انرژی زیاد را در بر دارد. اخیرا، به کارگیری اوزون در پرورش گیاه و جوانه زنی بذر ها اهمیت بیشتری یافته است. این روش امیدبخش و کاربردهای باالقوه‌ی گوناگون آن در صنایع غذایی، آغاز به ظهور کرده است. اوزون در آن واحد یک ماده‌ی ضدمیکروب قوی و یک تقویت‌کننده‌ی جوانه‌زنی می‌باشد. اوزون در میزان اندک، نرخ جوانه‌زنی بذرها را افزایش می‌دهد؛ از طرفی، مقادیر بیش از حد آن نیز می‌تواند سبب اثراتی منفی شود. به صورت کلی، اوزون هم در فاز گازی و هم فاز آبی به کار می‌رود؛ اگرچه روش و شرایط بهره‌جویی از آن بسته به نمونه‌های هدف، متفاوت است.
بذرها جز اساسی سیستم کشاورزی هستند؛ نه فقط به عنوان منبع جهت ماندگاری یک گونه از ماده، بلکه در نقش عضو جدایی‌ناپذیر سبد غذایی. غلات به تنهایی نیمی از سرانه‌ی مصرف غذا در جهان را به خود اختصاص می‌دهد. بذر یک واحد پراکندگی است و به لحاظ فیزیولوژیک، از نهال در حال رشد تا زمان ظهور ساختار ثانویه به عنوان یک شکل از حیات مستقل و خودپرورده (autotrophy) نگه‌داری میکند. جوانه‌زنی شامل فعالیت‌های مختلفی است که با جذب آب توسط دانه‌ی خشک آغاز شده و به قد کشیدن ریشهی تازه روییده، می‌انجامد. تمامی مکانیزم‌های متابولیک و سلولی که پیش از جوانه‌زنی در بذرهای غیرخفته اتفاق می‌افتد، همچنین در بذرهای خیس‌شده‌ی خفته نیز روی می‌دهد. بنابراین، ممکن است یک بذر خاموش، عمده‌ی پیشرفت‌های متابولیک لازم برای تکمیل جوانه‌زنی را طی کرده اما به دلایل نامعلوم ریشهی نو روییده‌ی آن ( radicle) ظاهر نشود. جوانه‌زنی بذرها در چرخهی حیات یک گیاه به عنوان مرحله‌ای حساس و مهم در نظر گرفته میشود؛ چرا که، تحت تاثیر عوامل درونی و نیز عوامل بیرونی قرار می‌گیرد. دما یک عامل محیطی مهم است که جوانه زنی بذر ها را تعیین میکند. دما بر میزان فیتوهورمون‌ها، جیبرلین‌ها و اسید آبسیزیک در بذر و بدین ترتیب در روند جوانه‌زنی، نقش به سزایی دارد. نوسان دمایی تعادل فیزیولوژیکی را میان هورمون‌های تقویت‌کننده و بازدارنده‌های رشد گیاه فراهم میکند؛ به هنگام چرخهی دما-پایین، بازدارنده‌ها کاهش می‌یابند؛ حال آنکه حین شرایط دما-بالا، فعالیت هورمون‌های تقویت‌کننده افزایش می‌یابد که این مسئله منجر به جوانه‌زنی میشود. شوری و کمبود آب، به عنوان عوامل طبیعی کلیدی، می‌توانند سبب ممانعت از جوانه‌زنی شوند. از عوامل مهم وابسته به خاک که بر پراکندگی و استقرار گیاه تاثیر دارد نیز می‌توان به PH خاک اشاره نمود. گابیتز، ورگر و نیمان (در سال 2003) مشاهده کردند که PH بالا باعث اثری منفی بر جوانه‌زنی Pinus halepensis میشود. علاوه بر آن، پتانسیل دریافت آب توسط خاک نیز نقشی حیاتی در جذب آب طی فرایند جوانه‌زنی ایفا میکند. بنابراین، کاهش پتانسیل دریافت آب در این مورد، با جلوگیری از جذب آب توسط بذرها، منجر به کاستن جوانه‌زنی میشود. بذرها در محیط غیر شور جوانه می‌زنند؛ در همین راستا، جوانه‌زنی به دنبال افزایش شوری خاک مختل میشود. استفاده از فن آوری های جدید برای بهبود سرعت جوانه زنی بذر برای افزایش عملکرد دانه ضروری است.
اوزون
در پژوهشی، روش‌های شیمیایی و غیرشیمیایی غیرفعال سازی میکروب و قارچ‌های موجود در سطح بذرها و جوانه‌ها جهت بهبود جوانه‌زنی و رشد آن‌ها ارزیابی و نتایج چنان گزارش شده است که در صورت موثر واقع شدن روش‌ها، جمعیت بسیار کمی از پاتوژن‌ها از بین می‌رود یا در غیر این صورت نیز، تاثیر منفی قابل توجهی بر جوانه‌زنی و کیفیت جوانه‌ها باقی می‌ماند. روش‌های جایگزین و پیشرفت تکنیک‌های موجود در کارایی و موفقیت استرلیزاسیون، امری ضروری است. در این خصوص، اوزون یک رویکرد مبتنی بر فناوری سبز (بی‌ضرر برای محیط زیست) را به منظور بهبود جوانه‌زنی بذر و نیز ضدعفونی کردن آن، ارائه می‌دهد؛ چرا که، اثرات پسماند بسیار کمی از خود به جای می‌گذارد. اوزون در قیاس با جایگزین‌های شیمیایی خود مزایای بسیاری دارد. اوزون با پتانسیل اکسیداسیون و نیز ضدعفونی کنندگی بالای خود، از قابلیت بهره‌وری تجاری در محلول‌ها و مخلوط‌های گازی حاوی میکروارگانیسمها و آلاینده‌های قابل اکسایش برخوردار است. اوزون به دلیل ماهیت اکسیدکنندگی قوی و امکان تولید در محل که سبب حذف زحمات رسیدگی، ذخیره‌سازی و حمل‌و‌نقل میشود، گزینه‌ای ارجح بر سایر جایگزین‌ها است. (>در مورد اوزون بیشتر بدانید<)
تاثیر استفاده از اوزون بر جوانه‌زنی بذرها
اثرات گوناگونی از جانب اوزون بر جوانه‌زنی بذرها و رشد گیاه شناخته شده است. سوداکار و همکارانش (در سال 2008) تاثیر غلظت‌های کم اوزون (0.1، 0.2، 0.3 و 0.4 ppm) را بر رشد نهال‌گوجه‌فرنگی بررسی کردند. قرار گرفتن در معرض 0.2 ppm اوزون به مدت 10 روز و 2 دقیقه در هر روز، نشان‌دهنده‌ی تاثیری مثبت بر فاکتورهای رشد نهال گوجه‌فرنگی داشت؛ اعم از افزایش سطح برگ، طول ریشه و اندازه‌ی ساقه در تولیدات زیست‌توده. چنان نتیجه‌گیری شد که 0.2 ppm از اوزون، بهبود 33 درصدی وزن خشک و تخصیص دقیق زیست‌توده در میان ریشه، ساقه و برگ‌ها را فراهم می‌آورد. رشد بسیار ریشه در نهال‌های اوزون‌زده، می‌تواند مربوط به افزایش تولید اسید جاسمیک باشد. همچنین، سوداکار و گروهش (در سال 2011) گزارش کردند که به کارگیری دوزهای کم اوزون در بذرهای گوجه‌فرنگی (Lycopersicon esculentum) نرخ جوانه‌زنی را افزایش داده و سبب ایجاد نهال‌هایی با ریشه‌های بلندتر میشود. ترکیبات موجود در پوسته‌ی بذری که توسط اوزون، اکسید شده، فرایند آن دسته از سیگنال‌های سلولی که آغازگر جوانه‌زنی می‌باشد را القا میکند؛ همزمان، دی‌اکسیدها و پراکسید‌ها نیز منجر به افزایش تولید اتیلن و کاهش اسید آبسیزیک (ABA) می‌شوند. ویولی و همکارانش (در سال 2008) از اوزون در کشت ذرت استفاده نموده (به میزان 20 گرم در مترمکعب) و مشاهده کردند که بذرهای اوزون‌زده جوانه‌زنی سریعی داشتند. از این روی، به نظر می‌رسد که بهره‌گیری از اوزون برای مدت کوتاه، جوانه‌زنی و رشد نهال مطلوبی را در پی دارد. لندسمن و گروه پژوهشی‌اش (در سال 2013) مسئله‌ی قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض اوزون به عنوان یک فاکتور انتخاب محیطی مهم جهت برچیدن گونه‌های هرز رفته را مطرح کردند. مشخصه‌های فنوتیپ گونه‌ی Spergula arvensis در معرض اوزون (غلظت 90 و 120 ppb) برای مدت چهارسال ، شاخص‌های پایداری را به نمایش گذاشت. بذرهایی که به مدت طولانی تحت تاثیر 90 ppb اوزون قرار گرفتند، در شرایط نگه‌داری RH 75 درصد و دمای 25 درجه سانتی‌گراد همراه با حداقل دوره‌ی هفتگی به هنگام مواجهه با ترکیبات مختلف RH و دمای پایین، حداکثر جوانه‌زنی را از خود نشان دادند. این تحقیق مبتنی بر تاثیر اوزون در گیاهان، بیانگر آن است که قرار گرفتن در معرض اوزون می‌تواند ماندگاری علف‌های هرز در زمین‌ها را افزایش دهد. آبلی و همکارانش (در سال 2016) به ارزیابی تاثیرات غلظت‌های متفاوت اوزون بر جوانه‌زنی بذرها در گیاهان آلپی (روییده در اتفاعات) پرداختند. در برخی موارد (از میان 9 گونه)، قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض اوزون (125 ppb برای مدت 10 روزه) جوانه‌زنی بذرها را افزایش داد؛ از این موضوع استنباط میشود که اوزون ممکن است مکانیزم‌های بازسازی DNA، فعالیت آنتی‌اکسیدانی و شکست دوره‌ی نهفتگی در دانه‌های مرطوب (هیدراته) را تحریک کند.
وزکوییز-یبرا و گروهش (در سال 2015) تاثیرات 0.53 تا 59.40 میلی‌گرم بر لیتر اوزون حین رشد گیاهان کاهو (Lactuca sativa L.) در یک سیستم آب‌کشت (هیدروپونیک) را بررسی کردند. بعد از 10 هفته رشد کردن، گیاهان آبیاری شده با 2.66 و 3.96 میلی‌گرم بر لیتر اوزون، افزایش قابل توجهی در زیست‌توده‌ی ریشه و ساقه، طول ریشه و قطر ساقه را نشان دادند. نویسندگان این مقاله چنان نتیجه گرفتند که تغییرات کاهوهای آبیاری شده با اوزون را می‌توان به تنش ناشی از دوزهای خاص اوزون نسبت داد که منجر به پاسخ سازشی شده و مقاومت گیاه را بهبود می‌بخشد. یوین و کاسته (در سال 1997) روش به کارگیری اوزون جهت تقویت جوانه‌زنی بذرها را به ثبت رساندند. کلپچوک (در سال 2004) روشی را برای استفاده از اوزون به منظور استرلیزه کردن بذرها و همچنین کاهش پسماندهای علف‌کش‌ها توسعه داد. وو، دوان و کنکا (در سال 2006) اثبات کرده‌اند که قرارگیری مداوم بذرهای گندم در معرض گار اوزون، اثرات نامطلوبی بر ظرفیت جوانه‌زنی آن دارد. از سوی دیگر، مونروی-وزکوئز و گروهش (در سال 2017) دوزهای کم‌خطری از اوزون را بر بذرهای megacantha Salm-Dyck، O. streptacantha Lem. و O. ficus-indica (L.) Mill. اعمال کردند تا تاثیر خراش‌دهی مکانیکی و شیمیایی را در زمینه‌ی جوانه‌زنی بذر و رشد نهال مطالعه کنند. صرف نظر از گونه‌های تحت بررسی، بهبود 33.5 درصدی جذب آب برای دوره‌ی 48 ساعت اول مشاهده شد. ترکیب خراش‌دهی اسیدی و روش‌های اشباع اوزون، نرخ جوانه‌زنی را بین 17.8 تا 44.4 درصد در O. streptacantha. افزایش داده بود. در خصوص گونه‌ی Opuntia می‌توان اوزون را با دوزهای کم‌خطر جهت تقویت رشد نهال و جوانه‌زنی بذر به کار برد. لابانوسکا، کوردزیل و فیلک (در سال 2016) این موضوع را مطرح کردند که اوزون در غلظت‌های متوسط، تاثیر مثبتی بر دانه‌های بذر داشته که می‌تواند بهبود ویژگی‌های مورفولوژیکی و جوانه‌زنی آن را تسریع ببخشد. اوزون آلودگی‌های زیستی سطح را کنترل کرده اما توانایی رشد بذرها را تغییر نمی‌دهد و تاثیری بر خواص فیزیکی و بیوشیمیایی آن‌ها ندارد. بنابراین، اوزون یک ضدعفونی کننده‌ی بسیار قوی و عاری از اثرات سوء می‌باشد. ویژگی‌های شاخص مورفولوژیکی و نرخ جوانه‌زنی بذرهای نرم بهاری پس از تیمار با اوزون مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از اوزون زنی، بر خلاف تغییرات شدید مورفولوژیکی در نهال‌ها، جوانه‌زنی بذرها تحت تاثیر قرار نگرفت. به طور مشابه، به کارگیری اوزون در راستای بهبود جوانه‌زنی بذرهای گندم زمستانی نیز نشان داد که ضمن تقویت جوانه‌زنی، انرژی جوانه‌زنی نیز افزایش می‌یابد. دوز بهینه‌ی گرمای اوزون برای بهبود جوانه‌زنی بذرها و انرژی جوانه‌زنی به صورت 14.0 تا 17.0 گرم در ثانیه در متر مکعب به مدت 14 روز، استاندارد شده است. کارایی اوزون جهت از بین بردن پاتوژن‌ها در سطح بذرهای مختلف آزمایش شده است. به عنوان مثال، تیمار بذر پنبه با اوزون، منجر به تخریب افلاتوکسین‌ها میشود. کانگ و تیم تحقیقاتی‌اش (در سال 2015) فعالیت ضدقارچی پلاسمای تخلیه‌ی قوسی (arc) و اوزون در بذرهای برنج آلوده‌شده به یک پاتوژن قارچی را بررسی کردند. نویسندگان گزارش دادند که اوزون هاگ‌های Fusarium fujikuroi غوطه‌ور در آب را با کارایی بیشتری نسبت به پلاسمای تخلیه‌ی قوسی غیرفعال میکند. این مسئله می‌تواند به دلیل تولید سریع گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر مانند رادیکال OH و اکسیژن منفرد توسط اوزون در قیاس با عملکرد پلاسمای تخلیه‌ی قوسی، رخ داده باشد. همچنین نویسندگان مشاهده کردند که بذرها پس از اوزون زنی 100% جوانه زدند.
برخی مقالات دیگر در زمینه استفاده از اوزون در جوانه زنی بذر ها:
https://cdnsciencepub.com/doi/abs/10.1139/m69-215
دیدگاهتان را بنویسید