اثر پرایمینگ یا آبگیری بذر در جوانه زنی
آسیب ناشی از آبگیری بذر در جوانه زنی
ورود آب به سلول بذرهای خشک طی مرحله اول منجر به اختلال ساختاری موقت به خصوص در غشاها می شود و مواد محلول و متابولیت های با وزن مولکولی پایین به سرعت به اطراف نشت می یابند. این حالت نشانه تغییر ترکیبات فسفولیپیدی غشا از حالت ژله ای در مرحله رسیدگی به حالت طبیعی کریستال مایع آبدار است. با شروع آبگیری بذر، نشت سریع مواد شامل قندها، اسیدهای ارگانیک، یون ها و اسیدهای آمینه، پروتئین ها به محیط اطراف بذر اتفاق می افتد. در مزرعه این محلول ها رشد قارچ ها و باکتری ها را در خاک تحریک و تقویت می کنند و این قارچ ها و باکتری ها به بذر حمله می کنند و باعث فرسودگی آن می شوند. با اثر پرایمینگ یا آبگیری بذر در جوانه زنی آشنا می شویم.
آسیب ناشی از آبگیری بذر در جوانه زنی
عملکرد بذرها در برابر اثر آبگیری در جوانه زنی
برخی بذرها مثل سویا بازدارنده های پروتئینازی خاص و لکتین ها را قبل از آبگیری از دیواره سلولی خود خارج می سازند و به عنوان یک ویژگی محافظتی در مقابل حمله میکروبی یا حمله حشرات محسوب می شود. بذرهای برخی گونه ها مثل نخود فرنگی و سویا زمانی که بدون پوسته آبگیری می کنند جوانه زنی آنها ضعیف و رشد آنها کاهش می یابد. بنابراین پوشش بذر آنها نقش محافظتی مهمی به هنگام آبگیری seed priming دارند صدمه به پوسته بذر به هنگام برداشت محصول و یا کاشت بذرها به طور جدی می تواند موجب کاهش عملکرد شود.
نقش غشا در نگهداری آب
بذرهایی که قبل از غوطه ور سازی در آب از اتمسفرهای اشباع رطوبت جذب می کنند و بذرهایی که فرایند خشکیدگی در مرحله نهایی رسیدگی در آنها اتفاق نمی افتد مواد و محلول ها را به هنگام قرارگیری در آب نشت نمی دهند. این بذرها اشباع نمی شوند مگر اینکه قبلاً مرطوب سازی شده باشند. اگرچه برخی ترکیبات از دیواره سلولی نشت می کنند اما بسیاری از آنها از داخل سلول خارج نمی شوند. به نظر می رسد که غشاهای با نفوذپذیری انتخابی مانند غشای واکوئل (تونوپلاست) و غشای سیتوپلاسم (پلاسمالما) که محلول ها را به طور عادی در داخل سلول ها نگهداری می کنند به هنگام خشک شدن خاصیت تراوایی خود را از دست می دهند و به عنوان محافظ به هنگام آغاز مراحل آبگیری عمل نمی کنند.
نقش غشا در نگهداری آب
ساختار غشا
غشاها از پروتئین ها و فسفولیپیدها تشکیل می شوند که به صورت دو لایه سیال هستند. مولکول های منفرد فسفولیپید به صورت پهلو به پهلوی هم طوری قرار می گیرند که گروه های قطبی آنها به طرف قسمت آبدوست غشا قرار دارند و با زنجیرهای هیدروکربنی قسمت مرکزی آبگریز را تشکیل می دهند. این ساختار مولکولی با رابطه بین اجزای غشا و آب تثبیت می گردد. برای نگهداری ساختار غشایی در حدود ۲۵% رطوبت بر اساس وزن خشک لازم است. در رطوبت های کمتر ساختار دو لایه غشایی وارد مرحله هگزاگونالی می شوند. به نظر می رسد که پروتئین های غشایی تحت تأثیر خشکیدگی قرار نمی گیرند اما ممکن است در اثر برهم ریختگی اجزای فسفولیپیدی جابجا شوند.
اثر پرایمینگ یا آبگیری در خصوصیات بذر
آبگیری (پرایمینگ) سریع بافت های خشک باعث می شود که ترکیبات فسفولیپیدی و پروتئینی خود به خود به شکل دو لایه تغییر ساختار دهند و اجزای غشا با نفوذ سریع آب جابجا شوند تا زمانی که چنین جابجایی هایی معکوس گردند از طریق بازسازی یا مکانیسم های ترمیم مولکولی نشت مواد اتفاق خواهد افتاد و مدت زیادی طول خواهد کشید تا بازسازی غشاها تکمیل شود. آبگیری آرام به وسیله بخاردهی باعث بازگشت غشا به حالت عادی به صورت کنترل شده می شود بدون اینکه نشت مواد اتفاق بیفتد. اجزای فسفولیپیدی که در غشا به طور مرتب قرار گرفته اند می توانند بر اثر خشکیدگی دچار تغییرات ساختاری شوند.
غشای سیتوپلاسمی در بذرهای خشک
بر اساس مطالعات میکروسکوپ الکترونی برخی محققان معتقدند که غشای سیتوپلاسمی (پلاسمالما) بذرهای خشک در ساختار خود دارای ناپیوستگی هستند که به هنگام آبگیری مدت زیادی لازم است تا این ناپیوستگی رفع شود. بدین ترتیب غشا حالت پایدار پیدا کرده و نشت مواد محلول متوقف می گردد. چگونگی ترمیم اندامک ها و غشاهای آسیب دیده شناخته نشده است. طی جذب آب در بذرهای پنبه سنتز -N استیل فسفاتیدیل اتانول آمین فسفولیپید تثبیت کننده غشا افزایش می یابد این مولکول ها در حفظ سلامت غشا مؤثر هستند.
غشای سیتوپلاسمی در بذرهای خشک
نقش سرما در بذرها
حساسیت بذرها به سرما ممکن است به ترکیب فسفولیپیدهای غشایی مربوط باشد. اسیدهای چرب بذرهای مقاوم به سرما نسبت به بذرهای حساس به سرما اغلب به فرم غیر اشباع هستند. فسفولیپیدهای این بذرها در دماهای پایین در حالت کریستالی مایع قرار دارند و از سیالیت بیشتری برخوردار هستند و تحت این شرایط می توانند به ساختار مناسب تغییر شکل دهند. فسفولیپیدهای بذرهای حساس دارای اسیدهای چرب اشباع بیشتری هستند و در دماهای پایین در مرحله کریستالی بوده و سیالیت کمی نیز دارند که به هنگام آبگیری باعث عدم بازگشت غشاها به حالت اولیه می شود. اخیراً نشان داده شده است که ترکیب فسفولیپیدی غشای بذرهای مقاوم به سرمای نخود فرنگی تفاوتی با بذرهای حساس به سرمای سویا ندارند.
مثالی از سرمای ناشی از آبگیری
ترکیب اسیدهای چرب، اسیدهای چرب اشباع و غیر اشباع غشای بذرهای رقم سویای حساس به سرما با رقم مقاوم همان گونه مشابه است. همچنین اختلاف در ترکیب پروتئین ها و تفاوت در اجزای بسیار ریز غشایی مثل استرول ها به عنوان عواملی در تحمل سرما مطرح هستند. در برخی گونه ها آسیب ناشی از سرما در بذرهای با علایم کاهش قدرت بذر بر اثر فرسودگی مشهودتر و شدیدتر است. زمانی که شرایط پرایمینگ مساعد باشد این بذرها جوانه خواهند زد اما زمانی که در معرض سرمایی ناشی از آبگیری قرار بگیرند عملکرد آن ها افت پیدا خواهد کرد.
فرایندهای سلولی جوانه زنی
- بذر خشک راکد بلافاصله بعد از جذب آب به سرعت فعالیت متابولیکی را از سر می گیرد.
- ساختار و آنزیم های ضروری برای شروع فعالیت های متابولیکی در بذر خشک زنده و سالم طی مراحل خشکیدگی در اواسط رسیدگی بذر به وجود می آیند.
- جذب مجدد آب برای از سرگیری فعالیت های متابولیکی کافی است که با تغییر در ترکیبات شیمیایی آن دوباره برقرار می شود.
- یکی از اولین تغییراتی که به محض جذب آب رخ می دهد از سرگیری فعالیت تنفسی است که در عرض چند دقیقه مشخص می شود.
- پس از مرطوب شدن اولیه مصرف اکسیژن افزایش یافته و تا زمان نفوذ ریشه چه به ساختارهای اطراف کاهش می یابد.
- در این هنگام فعالیت تنفسی دوباره افزایش پیدا می کنند.
آنزیم های موجود در بذر خشک
- بافت های بذر خشک رسیده دارای میتوکندری هستند.
- این اندامک ها طی رسیدگی بذر به طور ضعیفی تمایز یافته اند.
- دارای آنزیم های چرخه کربس و اکسیدازهای کافی هستند که ATP لازم برای متابولیسم را در چند ساعت بعد از جذب آب فراهم می کنند.
آنزیم های موجود در بذر خشک
الگوها در زمان جونه زنی بذر
در حین جوانه زنی جنین، دو الگوی متفاوت توسعه میتوکندری به ویژه در لپه ها مشاهده می شود که به نوع ذخایر بستگی دارد. در بذرهای با ذخایر نشاسته ای اندامک های موجود ترمیم و فعال می شوند در حالی که بذرهای روغنی میتوکندری جدید تولید می کنند. برای مثال پیدایش میتوکندری در جنین های ذرت در حال جوانه زنی اگرچه نشاسته ذخیره اصلی آندوسپرم است روغن نیز در اسکوتلوم ذخیره می شود. سنتز زیر واحدهای سیتوکروم C اکسیداز کدگذاری شده به وسیله ژنوم اندامک و زیر واحدهای کدگذاری شده هسته چند ساعت پس از آن می باشد. این مشاهدات نشان می دهند که ایجاد هماهنگی بین میتوکندری و ژنوم های هسته در گیاهان طی مراحل اولیه جوانه زنی آغاز می گردد. این مراحل اثر پرایمینگ یا آبگیری بذر در جوانه زنی را نشان می دهد.
منبع: کتاب فیزیولوژی خواب و جوانه زنی بذر
دیدگاهتان را بنویسید