ارزیابی پرایمینگ بذر بر رفتار جوانه زنی گیاه کینوا (Chenopodium quinoa Willd.) و فعالیت های آنزیمی در شرایط تنش نیترات سرب

سابقه و هدف: در دهه های اخیر، افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک های کشاورزی به دلیل فعالیت های صنعتی و انسانی، به یکی از چالش های مهم زیست محیطی تبدیل شده است. سرب، از پایدارترین و سمی ترین فلزات سنگین، با ایجاد تنش اکسیداتیو، اختلال در جذب آب و اختلال در فعالیت های متابولیکی، تاثیرات مخربی بر مراحل اولیه رشد، به ویژه جوانه زنی و استقرار گیاهچه دارد. کینوا، یک شبه غله با ارزش غذایی بالا و مقاوم به شرایط نامساعد، پتانسیل خوبی برای کشت در مناطق تحت تنش دارد، اما در مراحل اولیه رشد به سمیت سرب حساس است. فناوری پرایمینگ بذر یک راهکار مدرن و کم هزینه برای مقابله با این چالش محسوب می شود. با وجود مطالعات متعدد، مقایسه همزمان کارایی منابع مختلف آهن (به ویژه نانوذرات) و کلسیم در تعدیل سمیت سرب در کینوا کمتر مورد توجه قرار گرفته است. لذا این پژوهش با هدف ارزیابی و مقایسه اثر پرایمینگ با نانوآهن، کلرید آهن و سولفات کلسیم بر شاخص های جوانه زنی، فعالیت سیستم دفاع آنتی اکسیدانی و تجمع سرب در گیاهچه کینوا انجام شد.مواد و روش ها: این آزمایش فاکتوریل، بر پایه طرح کاملا تصادفی با سه تکرار، در سال ۱۴۰۳ در آزمایشگاه فناوری بذر دانشگاه خوزستان انجام شد. تیمارهای پرایمینگ شامل کلرید آهن و نانوآهن در غلظت های ۰، ۴، ۶، ۸ و ۱۰ میلی گرم بر کیلوگرم و سولفات کلسیم در غلظت های ۰، ۵/۰، ۱، ۵/۱ و ۲ میلی مولار بود. بذرها به مدت ۶ ساعت در محلول غوطه ور شدند. پس از پرایمینگ، بذرها در ژرمیناتور در معرض سطوح تنش نیترات سرب (۰، ۲۰، ۴۰، ۸۰ و ۱۰۰ میلی گرم بر کیلوگرم) قرار گرفتند. جوانه زنی روزانه به مدت یک هفته پایش شد. پارامترهای مورفولوژیکی (طول ریشه چه و ساقه چه) با استفاده از نرم افزار دیجیمایزر اندازه گیری شدند. شاخص های استاندارد، درصد جوانه زنی (GP)، سرعت جوانه زنی (GR)، میانگین زمان جوانه زنی (MGT) و شاخص بنیه گیاهچه (SVI) محاسبه شدند. فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی (کاتالاز، پراکسیداز) به روش اسپکتروفتومتری اندازه گیری شدند. تجمع سرب در بافت ها پس از هضم اسیدی از طریق اسپکتروفتومتری جذب اتمی تعیین شد. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از نرم افزار SAS و مقایسه میانگین ها با آزمون LSD در سطح احتمال ۵ درصد انجام شد. روش اسلایس، اثرات متقابل را در سطوح مختلف تنش تجزیه و تحلیل کرد.یافته ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تمامی شاخص های مورد مطالعه تحت تاثیر معنی دار تنش سرب و تیمارهای پرایمینگ قرار گرفتند. افزایش غلظت نیترات سرب منجر به کاهش شدید درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی و شاخص بنیه بذر شد و متوسط زمان جوانه زنی را به طور معنی داری افزایش داد. در مقابل، تیمارهای پرایمینگ توانستند بخش عمده ای از این اثرات بازدارنده را خنثی کنند. بر اساس یافته های مقایسه میانگین، سولفات کلسیم در غلظت های ۱ تا ۲ میلی مولار برترین تیمار در بهبود شاخص های جوانه زنی بود؛ به طوری که حتی در بالاترین سطح تنش سرب، درصد جوانه زنی را در سطح ۹۳ درصد حفظ کرد. در بخش صفات مورفولوژیک، پرایمینگ با آهن کارایی بالاتری نشان داد. نانوآهن در غلظت ۶ میلی گرم بر کیلوگرم بیشترین تاثیر را در بهبود طول ساقه چه و ریشه چه در شرایط تنش ملایم و متوسط داشت، در حالی که در تنش شدید، کلرید آهن در غلظت ۱۰ میلی گرم بر کیلوگرم عملکرد بهتری در حفظ بنیه گیاهچه نشان داد. بررسی های بیوشیمیایی نشان داد که با تشدید تنش سرب، فعالیت آنزیم های کاتالاز و پراکسیداز به عنوان مکانیسم دفاعی افزایش یافت. تیمارهای پرایمینگ (به ویژه کلرید آهن ۱۰ میلی گرم بر کیلوگرم و سولفات کلسیم ۲ میلی مولار) با تقویت این سیستم آنتی اکسیدانی، منجر به افزایش معنی دار فعالیت این آنزیم ها نسبت به شاهد بدون پرایم شدند که این امر به کاهش آسیب های اکسیداتیو و پایداری بیشتر غشاهای سلولی کمک کرد. یافته مهم دیگر، تاثیر پرایمینگ بر محتوای فلز سنگین در گیاهچه بود؛ آنالیز جذب اتمی نشان داد که پرایمینگ با کلرید آهن ۱۰ میلی گرم بر کیلوگرم تجمع سرب را در بافت های گیاهچه در بالاترین سطح تنش تا حدود ۴۸ درصد کاهش داد. این پدیده احتمالا ناشی از رقابت یون های آهن با سرب در محل های جذب و بهبود پایداری غشا در بذرهای پرایم شده است.نتیجه گیری: این پژوهش تایید کرد که اگرچه تنش سرب محدودیت جدی برای استقرار اولیه کینوا ایجاد می کند، پرایمینگ بذر با عناصر کلسیم و آهن راهکاری کارآمد برای تعدیل این سمیت است. سولفات کلسیم نه تنها از طریق یون کلسیم باعث بهبود فرآیندهای فیزیکی و آنزیمی اولیه می شود، بلکه بخش سولفات آن نیز با فراهم کردن بنیان گوگردی لازم برای تقویت سیستم دفاع آنتی اکسیدانی، نقش موثری در تعدیل سمیت سرب ایفا کرده و سرعت و درصد جوانه زنی را تضمین می کند. در مقابل، پرایمینگ با آهن (به ویژه نانوآهن در دوزهای پایین و کلرید آهن در دوزهای بالا) رشد گیاهچه و تقویت بنیه بذر را تحریک می کند. در این میان، کلرید آهن برتری محسوس در ارتقای فعالیت های آنزیمی (کاتالاز و پراکسیداز)، نشلن داد وکارایی چشم گیری در تقویت سیستم دفاع آنتی اکسیدانی و جلوگیری از ورود بیش از حد سرب به بافت های گیاهی داشت. لذا استفاده از این تیمارها برای بهبود استقرار کینوا در خاک های آلوده به فلزات سنگین پیشنهاد می گردد.

کلیدواژه ها:

:استقرار گیاهچه ، تنش اکسیداتیو ، جذب اتمی ، فلزات سنگین ، کاتالاز ، سمیت یون