میزان تولید گیاهان تحت تاثیر روابط پیچیده بین گیاه و محیط قرار میگیرد. در محیط رشد گیاهان موانعی وجود دارد که سبب میشوند تا گیاه زراعی نتواند به حداکثر تولید خود دست یابد. از جمله این عوامل میتوان به کمبود آب و عناصر غذایی اشاره نمود که تا حدودی قابل تامین میباشند. اما در این بین یکسری از عوامل کاهنده تولید وجود دارند که برای رفع آنها نیاز به راهکارهای ویژهای است. در هر حال همه مراحل زندگی گیاه بهطور حتم در چالش با تغییرات سریع محیطی است.
همانگونه که در محافل خبری فراوان بحث شده، افزایش سطح گازهای گلخانه ای تاثیر فوق العاده ای بر شرایط محیطی جهان داشته، که این امر منجر به تغییر در حدود نهایی و الگوی آب و هوایی در بسیاری از نقاط دنیا گردیده است. تغییرات ناگهانی دما در هفته های اخیر به همراه یکسری عوامل فیزیولوژیکی دیگر سبب شده است تا رشد گیاه نیشکر به شدت افت کند. در این مقاله سعی شده است به عوامل کاهش دهنده رشد پرداخته شود.
۱- کاهش دما
دما به همراه مقدار رطوبت، توزیع و پراکندگی گیاهان را تعیین میکند. این عوامل نه تنها بر پراکنش یک گونه بلکه بر رشد و زمانبندی مراحل نموی آن نیز تاثیر گذار است. هر گیاه برای رسیدن به یک مرحله رشد باید میزان معینی از دما را کسب کند بنابراین دما مهمترین عامل در زمانبندی مراحل رشد میباشد. از طرفی تغییرات دما در مدت چند دقیقه میتوانند تنشزا شوند. دمای پائین یکی از جدیترین چالشهای محیطی برای گیاهان به ویژه گونههای گرمسیری مانند نیشکر است. این گیاهان حتی در دماهای بالاتر از 10 درجه سانتیگراد ممکن است متحمل آسیب شوند. دمای بهینه برای رشد نیشکر حدود ۳۵ درجه سانتیگراد است و دماهای زیر ۲۰ درجه سانتیگراد به طور مشخصی رشد این گیاه را محدود میسازند (Moore, 1987). این صدمات به دلیل اختلال در فرایندهای متابولیک، تغییر در خصوصیات غشاها، تغییر در ساختار پروتئین ها و اثرات متقابل بین ماکرومولکولها و نیز بازدارندگی واکنش های آنزیمی بروز مینمایند. دمای پائین میتواند کلیه فرایندهای گیاه را تحت تاثیر قرار دهد:
۱-۱- کاهش کارایی ریشه در جذب آب و عناصر غذایی
به طور کلی گیاهان حساس به سرما در شرایط دمای پائین علایم کمبود آب را نشان میدهند، این امر در نتیجه کاهش هدایت هیدرولیکی ریشه اتفاق میافتد و به تبع آن افت شدید در پتانسیل آب برگ و از بین رفتن فشار تورژسانس رخ میدهد. با کاهش دمای هوا در روزهای اخیر دمای خاک کاهش شدیدتری نسبت به دمای محیط داشته است و این امر به دلیل بسته بودن کانوپی و نرسیدن نور به سطح زمین و وجود رطوبت در خاک است که هردو عامل به شدت دمای خاک را تحت تاثیر قرار میدهند. Lee و همکاران (۱۹۹۳) گزارش کردند کاهش هدایت هیدرولیکی ریشه و از بین رفتن کنترل روزنهای سبب پژمردگی ناشی از سرما
[1] در گیاهان میشود. علاوه بر کاهش رشد اندامهای هوایی در نتیجه تنش دمای پائین، جذب عناصر غذایی توسط ریشه ها نیز دچار اختلال میگردد. دما فرآیندهای فیزیکوشیمیایی و می خاک را نیز تحت تاثیر قرار میدهد که این امر ممکن است روابط تغذیه ای گیاه را تحت الشعاع خود قرار دهد. سیستم ریشهای ضعیف در گیاهان تحت تنش سرما میتواند جذب عناصری مانند N، P و K را کاهش دهد. در دو هفته اخیر پائین بودن رطوبت غلاف و درصد ازت پهنک برگ نسبت به استاندارد مبین کاهش هدایت هیدرولیکی
ریشه گیاه نیشکر و پائین آمدن کارایی آن در جذب آب و عناصر غذایی است.
در شرایطی مانند شوری بالای خاک، غرقابی و حتی دمای پائین ممکن است آب در خاک حضور داشته باشد ولی ریشه گیاه قادر به جذب آن نباشد، این شرایط میتواند خشکی فیزیولوژیک را باعث گردد. در شرایط دمایی پائین (۱۵ درجه سانتیگراد) رشد ریشه و انشعابات آن در گیاهان کاهش مییابد (Stamp et al., 1997). این تغییرات ظرفیت ریشه را برای جذب آب و عناصر معدنی مانند فسفر، پتاسیم و ازت محدود میسازد که در نهایت این امر رشد گیاه را محدود میسازد (Blum, 1988). از طرف دیگر حمل و انتقال نیترات از ریشه به برگها در دماهای پائین محدود میگردد. این امر تا حدی واضح بوده که گیاه نیشکر اقدام به تخلیه عناصر غذایی موجود در برگهای لایه میانی کانوپی نموده است و با انتقال مجدد آنها به برگهای جوان، بخش اعظمی از کانوپی (لایه میانی) خود را حذف نموده است.
۱-۲- کاهش شدت فتوسنتز گیاه
نیشکر در دماهای نزدیک به صفر درجه میتواند زنده بماند اما در دماهای زیر ۲۰ درجه سانتیگراد رشد آن به شدت کاهش یافته و در دمای ۱۵ درجه سانتیگراد اولین علایم آسیب به بافتها در آن ظاهر میگردد. گیاهان در مناطقی که میانگین دمای روزانه در طول فصل رشد کمتر از ۱۶ سانتیگراد باشد، به ندرت یافت میشوند و این امر احتمالاً به دلیل حساسیت متابولیسم فتوسنتز به دمای پائین است. کاهش میزان فتوسنتز ناشی از تنش دمای پائین در گیاهان ، با کاهش کارایی کربوکسیلاسیونی PEPc در ارتباط است که این امر به دلیل کاهش ظرفیت تولید PEPc توسط PEPD میباشد. همچنین آنزیم روبیسکو در این گونهها در مقایسه با گونههای سازگاری کمتری به دمای پائین نشان میدهد. به طور کلی نقص در عملکردهای فتوشیمیایی و بیوشیمیایی مهمترین عامل کاهش میزان فتوسنتز در شرایط دمای پائین است. به نظر میرسد در دمای ۱۰ تا ۲۰ درجه سانتیگراد فعالیت روبیسکو عامل محدودیت فتوسنتز در گیاهان باشد. در گیاه نیشکر میزان آسمیلاسیون در دمای ۸ تا ۱۲ درجه سانتیگرد نزدیک به صفر خواهد بود (Nose et al., 1994). در این محدوده دمایی آسیب سرما به گیاه نیشکر اتفاق میافتد. در گونههای حساس به دمای پائین مانند نیشکر تحت تنش سرما آنزیمهای درگیر در چرخه فتوسنتزی این گیاهان مانند PEPc و NADP مالات دهیدروژناز از هم گسیخته شده و سبب کاهش آسمیلاسیون میشوند. قرار گرفتن گیاهچههای نیشکر در معرض دمای شبانه ۱۴ درجه سانتیگراد سبب کاهش آسمیلاسیون بین ۳۰ تا ۵۰ درصد شده است (Grantz, 1989).
کاهش غلظت نیتروژن برگ
[2] میتواند حساسیت فتوسنتز به دمای پائین را افزایش دهد. Filho (۲۰۱۴) گزارش میکند کارایی تبدیل انرژی نور به بیوماس در نیشکر در فصل زمستان با کاهش غلظت نیتروژن برگ ارتباط معنیداری داشته است. میزان جذب فرمهای مختلف ازت توسط گیاهان متفاوت است اما در کل جذب آمونیوم نسبت به کاهش دما حساستر است.
۱-۳- تغییر در تخصیص مواد فتوسنتزی
گیاه نیشکر رشد نامحدود بوده و فاقد مرحله زایشی در شرایط آب و هوایی خوزستان است، لذا رسیدگی گیاه و شروع ذخیره ساکارز در ساقه توسط دمای محیط کنترل میشود. با کاهش دمای محیط رشد رویشی گیاه کاهش یافته و گیاه وارد مرحله رسیدگی میشود. در این مرحله اختصاص مواد فتوسنتزی به اندامهای رویشی محدود شده و مواد فتوسنتزی که در نهایت میبایست به صورت ساکارز در ساقه ذخیره گردد، به این مقصد گسیل داده میشوند. با افزایش سن برگها و در مرحله رسیدگی، برگها ممکن است به علت پیری و کاهش دریافت تشعشع مورد نیاز قادر به تامین احتیاجات انرژی خود نباشند. در این شرایط برگ قادر به صادر کردن مواد فتوسنتزی نبوده و قبل از مرگ مواد معدنی و آلی آن دوباره بصورت محلول در آمده و به سایر بخشهای گیاه منتقل میگردد. لذا کاهش شاخص سطح برگ
[3] در این دوره از رشد، گیاه را به سمت پیری و رسیدگی رهنمون میسازد.
۲- تغییر در کیفیت و شدت نور
تحقیقات فیزیولوژی گیاهی نشان میدهد، عملکرد گیاهان زراعی در نهایت بستگی به اندازه و کارایی سیستم فتوسنتزی دارد. واکنش نوری فتوسنتز نتیجه جذب مستقیم نور خورشید توسط کلروفیل است. انرژی فتونهای دارای طول موج بیش از ۷۶۰ نانومتر برای این منظور کافی نیست و تنها طول موج های بین ۳۹۰ تا ۷۶۰ نانومتر دارای انرژی مناسب برای فتوسنتز میباشند. شدت نور پائین در گیاهان نوعی تنش بشمار میرود زیرا فتوسنتز و در نتیجه جذب خالص کربن و رشد گیاه را محدود میسازد.
۳- دریافت GDD مورد نیاز
رشد گیاه نسبت به درجه حرارت بسیار حساس است و گاهی با تغییر اندکی در درجه حرارت، سرعت رشد و عملکرد گیاه تحت تاثیر قرار میگیرد. در میان عوامل اقلیمی رژیم حرارتی قویترین اثر را برای نمو گیاه، از جمله بر روی طول دوره رویشی و مراحل مختلف آن دارد. بر طبق اصل ثبات حرارت، زمانی یک گیاه به مرحله ای از نمو میرسد که مقدار مشخصی حرارت گرفته باشد بدون توجه به مدت زمان مورد نیاز برای رسیدن به آن مرحله. بنابراین براساس مطالب فوق زمانی که دما کنترل کننده میزان یا نرخ رشد یک موجود زنده یا یک فرآیند است میزان یا نرخ نمو آن موجود زنده یا فرآیند توسط یک سیستم درجه روز رشد
[4] (GDD) یا واحدهای گرمایی
[5] مشخص میشود. مجموع حرارتی که بصورت درجه حرارت روز رشد بیان میشود، عبارتست از مجموع دماهایی که گیاه در طول فصل رشد نیاز دارد تا به مرحله رسیدگی و برداشت برسد. نیاز حرارتی گیاه نیشکر بسته به سن گیاه متفاوت است. این مقدار برای گیاهان کشت جدید (پلنت) بطور معمول بیشتر از گیاهان بازرویی است. در گیاهان کشت جدید و با در نظر گرفتن تاریخ کشت در اول شهریور و برداشت در اوایل آبانماه این عدد ۶۳۰۰ و برای گیاهان راتون شده در اسفندماه ۴۵۰۰ برآورد شده است. لذا زمانیکه گیاه GDD مورد نیاز خود را دریافت نماید و به یک مرحله نموی خاص برسد، رشد کاهش یافته و حتی با فراهم بودن شرایط محیطی مناسب، رشد آن کند خواهد بود.
۴- ورس یا خوایدگی ساقه
ورس را میتوان انحراف ساقه گیاه از حالت برافراشته به دلیل شکستگی یا انحنای کل بوته تعریف نمود (Berding & Hurney, 2005). ورس از طریق کاهش کارایی مصرف نور و آسیب به بافت ساقه سبب کاهش عملکرد گیاه نیشکر میشود. ورس در گیاه نیشکر به دو حالت وجود دارد: ورس ساقه که به دلیل خارج شدن ساقه از حالت عمودی و خم شدن آن به یک سو اتفاق میافتد و ورس ریشه که ناشی از خارج شدن ریشه گیاه از سطح خاک است. این پدیده معمولاً در مزارعی که ارتفاع و تناژ بالایی (بیش از ۱۰۰ تن در هکتار) دارند تحت شرایطی مانند وجود رطوبت بیش از حد در خاک، کانوپی خیس و وزش باد شدید اتفاق میافتد (Singh et al., 2002). ورس در گیاه نیشکر معمولاً با کاهش عملکرد ساقه و کیفیت نی همراه است. کاهش عملکرد در مزارع ورس شده به دلیل کاهش تشعشعات جذب شده، کاهش کارایی مصرف نور، کپک زدن، مرگ و ترشیدگی ساقههای ورس شده رخ میدهد (Park et al., 2005).در یک مطالعه در کشور استرالیا به منظور بررسی اثر ورس بر عملکرد نیشکر مشخص گردید که ممانعت از ورس به کمک داربستی از جنس بامبو سبب شده که نی ورس نشده ۱۱ تا ۱۵ درصد تناژ بیشتر و ۱۵ تا ۳۵ درصد محصول شکر بیشتر تولید کند (Singh et al., 2002).
chilling-induced wilting
Leaf nitrogen concentration
Leaf Area Index
Growth Degree Day
Heat Units
بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک
درباره این سایت