مقالات کشاورزی اندیشه سبز پارسی

"کاربرد تنظیم کننده های رشد گیاهان در زراعت برنج" ؛

"Plants growth regulators & rice cropping"

گردآوری و تدوین :

اسماعیل پورکاظم ؛ کارشناس ارشد زراعت ،

مدرّس دانشگاه جامع علمی کاربردی گیلان

هورمون های گیاهی و تنش های محیطی :

هورمون های گیاهی دارای نقش حیاتی برجسته ای در سازگاری (acclimatize) گیاهان زراعی-باغی با انواع شرایط زیست محیطی از طریق ایجاد مراحل زیر هستند :

الف) رشد متناسب (mediating growth)

ب ) نمو به موقع (development)

پ ) تخصیص بهینه عناصر غذایی (nutrient allocation) (5).

هورمون های گیاهی از طریق مجاری ویژه ای به سمت مناطق خاص حرکت می نمایند تا در غلظت های بسیار کم به واکنش متناسب گیاهان در پاسخ به تنش های (stress) زیان آور بینجامند. باید توجّه داشت که تمامی فعالیّت های بیولوژیکی گیاهان بطور مستقیم یا غیر مستقیم تحت تأثیر هورمون های گیاهی مختلف قرار دارند (5).

نقش هورمون های گیاهی گوناگون در برابر تنش های غیرزنده (abiotic) عبارتند از :

1) "آبسیسیک اسید" یا "آبسیزیک اسید" یا ABA (Abscisic acid) بعنوان واسطه یا میانجی (mediator) در واکنش گیاهان به بسیاری از تنش ها عمل می نماید.

2) تنش ها موجب تغییر سطوح "اندول استیک اسید" (IAA) در گیاهان می گردند که این موضوع منجر به کاهش رشد گیاهان می شود.

3) آنالیز عملکرد (functional analysis) دریافت کننده های تغییرپذیری هورمون "سیتوکینین" (Cytokinin) نشانداد که دریافت کننده های گیاه "رشادی" (Arabidopsis) بعنوان تنظیم کننده های منفی در مواجهه با سیگنال های "آبسیزیک اسید" و تنش های اسمزی عمل می نمایند.

4) مکانیزم هایی که از طریق "جیبرلیک اسید" یا GA (gibberellic acid) به تحمل گیاهان در برابر تنش شوری می انجامند، تاکنون به درستی شناخته نشده اند.

اصولاً شوری (salinity) باعث آشفتگی در تعادل هورمونی گیاهان می شود.

وضعیت "هومئواستازیس هورمونی" (hormonal homeostasis) ممکن است تحت شرایط شوری با تحریک مکانیزم "جیبرلیک اسید" (GA3) باعث تحمل گیاهان در برابر شوری گردد.

5) مقادیر کمی از "اسید سالیسیلیک" (salicylic acid) و "جاسمونیت" (jasmonate) در مواجهه با تنش های غیرزنده از طریق افزایش فرآیندهای فیزیولوژیک و افزایش تحمل پذیری مؤثر واقع می گردند.

6) نقش "براسینو استروئیدها" (brassinosteroids) و "تریازول" (triazole) در ضمن تنش های محیطی قابل تأمل است.

7) اتیلن (ethylene) بعنوان یک هورمون مقابله با تنش ها مطرح است گواینکه در شرایط تنش شوری گاهاً به نتایج متضاد و مغایری می انجامد (5).

پیش تیمارهای اسمزی و هورمونی بذور بمنظور افزایش رشد و عملکرد برنج:

معضل رشد بیرویه جمعیّت جهان بر نیازمندی بشر امروز به افزایش تولید مواد غذایی از جمله برنج افزوده است ولیکن این مشکل در چالش با وخامت اوضاع محیط زیست بگونه ای دشوارتر نمود می یاید. بنابراین راه حل عاجل آن است که مواد غذایی با قیمت های مناسبی تولید گردند تا قشر عادی ساکنین کشورهای فقیر بتوانند از آنها بهره گیرند (7).

مسلماً زراعت برنج از دوران قدیم با تهیّه خزانه های سنتی و سپس نشاءکردن گیاهچه ها در زمین های گل آلود (puddle field) صورت می گرفت که این شیوه نیازمند مقادیر بسیار زیاد آبیاری و هزینه های بالای نیروی انسانی بود درحالیکه امروزه چنین شیوه هایی لزوماً خواهان اصلاح و بهبود می باشند.

از جمله شیوه هایی که در این رابطه مطرح می باشند همانا زراعت برنج در اراضی فاریاب کوهپایه ای همانند محصولاتی چون گندم و جو است. در این شیوه بذور مصرفی برنج را می توان قبل از کاشت تحت تیمارهایی قرار داد (7).

"پیش تیمار بذور" (seed priming) طی سال های اخیر برای افزایش درصد جوانه زنی (قوّه نامیّه) ، یکنواختی سبزشدن (قدرت نامیه) و استقرار گیاهچه ها (قدرت رویش) در بسیاری از کشورها رواج یافته است زیرا پیش تیمار بذور تا حد زیادی موجب تقویت بنیه یا ویگوریته زیستی (invigoration) آنان برای سبزشدن سریع و یکنواخت می شود (7).

پیش تیمارهای اسمزی (osmo priming) و هورمونی (hormonal priming) در زمره واژه های علمی هستند که در تشریح چگونگی خیساندن (soaking) بذور با میزان کمی از محلول ها در شرایط هوازی (aerated) بمنظور کنترل جذب آب و جلوگیری از رشد بیرویه ریشه چه (radicle) بکار می روند. زمانیکه چنین تیمارهایی با فرآیند "پسابش" یا "آبکافت" (dehydration) دنبال گردند آنگاه موجب اثرات مثبتی بر اصلاح جوانه زنی بذور بویژه در شرایط محیطی نامناسب خواهند شد (7).

یکی از مزایای پیش تیمارهای اسمزی آن است که از حساسیت بذور در حال جوانه زنی نسبت به درجات حرارت و شرایط فقدان اکسیژن می کاهد. بعلاوه بکارگیری موادی نظیر : کلرید کلسیم ، نیترات پتاسیم ، کلرید سدیم و "پلی اتیلن گلیکول 8000" (PEG 8000) موجب کاهش دورۀ جوانه زنی می شوند.

همچنین پیش تیمار بذور برنج با PEG 8000 سبب تسهیل در جوانه زنی انواع برنج های نرم (fine rice) و سخت (coarse rice) گردید.

پیش تیمار بذور برنج کشت مستقیم تابستانه با کودهای محلول (nutri-priming) توسط "فسفات منو آمونیوم" 4 درصد باعث افزایش پنجه های مؤثر و عملکرد دانه ای برنج شد.

متعاقباً بکارگیری محلول "نیترات لانتانیوم" (lanthanum) برای پیش تیمار بذور برنج موجب تسهیل در جوانه زنی ، افزایش ویگوریته و تولید ریشه های طویل تر و قوی تر گردید.

متقابلاً بکارگیری کودهای : اوره ، نیتروفوس ، دی آمونیوم فسفات و سولفات پتاسیم به نابودی کامل توانایی جوانه زنی و سبزشدن بذور برنج بواسطه بروز خسارات کلی بر غشاء سلولی (membrane) منتهی گردید که با افزایش هدایت الکتریکی مایعات خروجی از بذور (seed leachates) آشکار گردید(7).

پیش تیمار بذور برنج با تنظیم کننده های رشد (growth regulators) یا هورمون های گیاهی (plant hormones) و سایر مواد شیمیایی آلی به نتایجی نظیر : افزایش یکنواختی جوانه زنی ، استقرار پایدار گیاهچه ها ، رشد رویشی و راندمان برداشت گیاه برنج منتهی شد.

مشخص گردیده است که هورمون اسید جیبرلیک برای شکستن مولکول های نشاسته ذخیره ای بذور برای استفادۀ جنین در حال رشد در طی جوانه زنی بکار می رود لذا زمانیکه از اسید جیبرلیک بعنوان ماده پیش تیمار 4 رقم برنج استفاده شد، به افزایش معنی داری در سبزشدن و تولید ماده خشک گیاه برنج انجامید.

ماده فنل طبیعی سالیسیلیکات (salicylicate) نیز بعنوان یک تنظیم کننده رشد خارجی (endogenous) در تنظیم فرآیندهای فیزیولوژیکی نظیر : جذب یون ها و نفوذپذیری غشاء سلولی در گیاهان مشارکت می ورزد. این ماده همچنین در افزایش مقاومت بذور به تنش های اسمزی و کاهش یا افزایش حرارت محیط از طریق فعال سازی "گلوتاتیون ریداکتاز" (glutathione reductase) و "گواکول پراکسیداز" (guaiacol peroxidase) مشارکت دارد. بعلاوه زمانیکه از ماده سالیسیلیکات برای پیش تیمار بذور برنج های سخت استفاده شد، سبب افزایش ویگوریته آنها گردید.

در برخی آزمایشات نیز پیش تیمار بذور برنج و بعضی از سبزیجات با تنظیم کننده های رشد گیاهان نظیر "پلی آمین ها" (polyamines) و تعدادی از منابع مواد شیمیایی آلی به بهبود جوانه زنی و سبزشدن آنها انجامید (7).

لازم به ذکر است که پیش تیمار بذور زراعی قبل از کاشت با مواد شیمیایی با هدف بهبود استقرار گیاهچه ها و افزایش عملکرد محصول را در برخی مناطق جهان اصطلاحاً "زاپا" (zappa) می نامند (7).

عملکرد پائین شالیزارهای مالزی باعث شده است که امروزه این کشور بعنوان یک وارد کننده برنج از سراسر دنیا مطرح گردد. محققان مالزی برای حل این معضل به طراحی تیمارهای قبل از کاشت (pre-sowing) بذور برنج موسوم به "seed priming" پرداخته اند تا بدین طریق به رشد و عملکرد بالاتر این محصول دست یابند.

آزمایش مزبور در دو گروه صورت پذیرفت بطوریکه :

الف) در گروه اوّل از نمک های اسمزی (osmotic salts) بعنوان عوامل پیش تیمار استفاده گردید.

ب ) در گروه دوّم از هورمون های گیاهی بعنوان عوامل پیش تیمار سود جستند.

برای پیش تیمارهای اسمزی و هورمونی به ترتیب از 19 و 21 تیمار استفاده شد.

این آزمایش در قالب طرح های کامل تصادفی (CRD) انجام پذیرفت.

اطلاعات مربوط به : درصد جوانه زنی ، ارتفاع ، تعداد کل پنجه ها ، تعداد پنجه های مثمر ، درصد پنجه های مثمر و عملکرد محصول جمع آوری گردیدند.

بر اساس نتایج حاصله پیش تیمار اسمزی با 150 پی پی ام "اسید سالیسیلیک" بنحو معنی داری بر تعداد پنجه های هر کپه (hill) در قیاس با تیمار شاهد افزود.

همچنین پیش تیمار تلفیقی 50 میلی مول از کلرید منزیم + 200 پی پی ام "متیل جاسمونیت" (methyl jasmonate) به بیشترین بهبود عملکرد برنج منتهی شد (7).

تأثیر عصاره گیاهان دریایی بر رشد و عملکرد برنج :

نیاز به کودهای ازته ، فسفره و پتاسه در کشور اندونزی از 1/96 هزار تن در سال 2006 میلادی به 3/739 تن در سال 2007 میلادی افزایش داشته است که این موضوع به سبب تمایل افزایش مصرف کودها در هر واحد سطح اراضی کشاورزی می باشد. حقایق موجود بیانگر این موضوع هستند که امروزه زارعین مشتاق بکارگیری 350-300 کیلوگرم کود اوره در هر هکتار شالیزار و حدود 250-200 کیلوگرم از آن در هر هکتار از اراضی سبزیکاری و باغات میوه هستند. چنین شرایطی یقیناً علاوه بر افزایش هزینه ها سبب کاهش حاصلخیزی خاک و آلودگی های زیست محیطی می گردند. بعلاوه سوبسید تخصیصی دولت اندونزی از 5/1 میلیارد دلار آمریکا در سال 2006 میلادی به حدود 5 میلیارد دلار در سال 2007 میلادی افزایش یافت (1).

با وجود چنین معضلاتی بود که دولت اندونزی راهکارهایی برای استفادۀ بیشتر از کودهای ارگانیک برای اهتمام به کاستن از وابستگی به کودهای غیر آلی عرضه نمود که از جملۀ آنها بکارگیری عصارۀ گیاهان دریایی (seaweeds extracts) در روند تولیدات زراعی-باغی نظیر زراعت برنج می باشد (1).

برخی نتایج پژوهشی نشان می دهند که کاربرد کودهای مایع حاصل از عصارۀ گیاهان دریایی موجب کاهش مصارف کودهای ازته ، فسفره و پتاسه از طریق تحریک رشد و تولید محصول در برخی گیاهان زراعی شده است. این گزارش مؤید آن است که حدود 59 گونه گیاه دریایی در مناطق ساحلی استان "تنگارا" اندونزی یافت گردیده اند که حداقل 15 گونه از آنها از قابلیت تحریک جوانه زنی ، رشد و افزایش تولید گیاهان باغی و لگوم ها برخوردارند (1).

برخی مناطق بکارگیری مسبوق کودهای مایع حاصل از عصارۀ خام گیاهان دریایی عبارتند از :

1) Seasol در استرالیا

2) KelPak در اروپا

3) Maxicrop در ایالات متحده آمریکا

4) Algaenzims در مکزیک

5) Algifert و Cytec در هندوستان

نتایج حاصل از کاربرد عصاره گیاهان دریایی در موارد فوق همواره مؤید افزایش جذب عناصر غذایی توسط گیاهان بوده اند که منتج به افزایش رشد ، نمو و تولید گونه های مختلفی از محصولات کشاورزی شده اند(1).

در یک پژوهش به ارزیابی میزان تأثیر عصاره های 10 گونه از علف های دریایی بر رشد و تولید ارقام برنج پرداخته شد. برای این منظور 100 گرم از هر گیاه دریایی با کمک 100 میلی لیتر آب برای دستیابی به غلظت 100 درصد عصاره گیری گردید آنگاه محلول 15 درصد عصاره گیاهان دریایی در مراحل رویشی (vegetative) و زایشی (generative) بر روی بوته های برنج پاشیده شدند و متعاقباً پارامترهای رشد و عملکرد گیاه برنج اندازه گیری گردیدند (1).

برخی بررسی ها نشان دادند که 15 گونه از گیاهان ساحلی استان "تنگارا" اندونزی قادر به تحریک جوانه زنی بذور هندوانه و کنجد (sesame) ، رشد گیاه لوبیا و رشد و تولید گوجه فرنگی بوده اند.

کشاورزان منطقه همچنین توانستند با کمک پاشیدن عصارۀ گیاهان دریایی بر بوته های برنج موجب کاهش نیاز به کاربرد کود اوره در شالیزارها گردند (1).

نتایج بررسی مؤید آن بود که عصارۀ گیاهان دریایی : Sargassum sp1 ، Sargassum sp2 ، Sargassum polycistum ، hydroclathrus sp ، Turbinaria ornata و Turbinaria murayana قادر به تحریک و بهبود رشد رویشی بوته های برنج می باشند درحالیکه فقط عصارۀ Hydroclathrus sp. توانست بطور همزمان بر هر دو پارامتر رشد و عملکرد برنج مؤثر واقع گردد.

این نتایج نشان دادند که با بکارگیری عصارۀ گیاهان دریایی می توان ضمن کاهش هزینه های تولید و آلودگی محیط زیست به استفادۀ کمتر از کودهای NPK دست یافت (1).

ارزیابی هورمون های ضد ورس بر رشد و نمو گیاه برنج :

"ورس" یا "خوابیدگی" (lodging) گیاهان زراعی از جمله معضلات حائز اهمیت در گیاه برنج (rice) با نام علمی "Oryza sativa" است که متأثر از : شرایط پرورش ، ارقام محصول و مدیریت تولید می باشد. وقوع "ورس" هر گاه در اثر پدیده های رایجی چون : بارندگی و باد شدید در مرحله پُرشدن دانه ها (grain filling) رُخ دهد ، به کاهش معنی دار عملکرد محصول منجر می شود. وقوع "ورس" باعث کاهش کانوپی بوته های برنج بواسطه خمیده شدن و یا افتادن می شود و از نفوذ نور خورشید به لایه های زیرین و نتیجتاً فتوسنتز آنها جلوگیری می کند لذا پدیده "خود سایه ای" (self-shading) در برگ ها و خوشه ها بروز می یابد که بر طبق گزارشات به میزان 80-60 درصد از فتوسنتز بوته های ورس یافته در قیاس با بوته های ایستاده کاسته می گردد.

"ورس" از میزان جذب آب و عناصر غذایی و همچنین انتقال مواد فتوسنتزی در گیاه برنج می کاهد و این موضوع سبب کاهش عملکرد دانه و نزول خاصیت آرد شدن (milling) می شود. پدیده "ورس" می تواند حداقل به میزان 35-30 درصد از تولید محصول دانه ای برنج بکاهد (4).

"ورس" از ویژگی های کاهش سایه اندازی کانوپی است که در طی آن گیاه برنج ابتدا خمیده (bend) می شود و سپس همراه با خوشه هایش بر سطح آب یا خاک فرو (fall over) می افتد که نتیجتاً به کاهش عملکرد و کیفیت محصول می انجامد.

عوامل ایجاد پدیده "ورس" در گیاه برنج عبارتند از :

1) عدم تعادل در بکارگیری عناصر غذایی

2) مدیریت نادرست آب شالیزار

3) واریته های پابلند حساس به ورس

4) بادخیز بودن منطقه

5) شرایط سایه

6) بروز آفات و بیماری ها

7) بارندگی شدید

تمامی این حالات منتج از ضعیف بودن غیرعادی ناحیه طوقه گیاه برنج در اثر کاهش قطر آن است که بواسطه رشد بیرویه گیاه حادث می شود (4).

نتایج برخی پژوهش ها حاکی از آن است که کاربرد بیشبود عنصر ازت می تواند در غیاب عنصر پتاسیم به "ورس" منتهی گردد. بررسی ها مؤید آن هستند که ارقام مقاوم به ورس در شرایط بروز تنش ها و بیشبود عنصر ازت اقدام به پِرُ کردن دانه ها با روال کندتری می نمایند.

نتایج آزمایشی آشکار ساختند که بر میزان هورمون "سیتوکینین" نظیر "زیاتین" (zeatin) و هورمون های "اندول استیک اسید" (NAA) و جیبرلین (GA) در مراحل آغازین پُرشدن دانه های برنج افزوده می شود درحالیکه مقدار هورمون "آبسیزیک اسید" (ABA) در حد بسیار پائینی قرار می گیرد. بدین ترتیب کاربرد هورمون های (تنظیم کننده های رشد) گیاهی می تواند نویدبخش جلوگیری از کاهش محصول در اثر وقوع پدیدۀ "ورس" در گیاه برنج باشد (4).

در یک پژوهش از دو نوع هورمون زیر برای کاهش "ورس" گیاه برنج استفاده شد :

الف) "پاکلوبوترازول" یا PP333 (paclobutrazol)

ب ) "تری نیکساپاک اتیل" (trinexapac-ethyl) یا "سیکلوهگزان کاربوکسیلات" (cyclohexane carboxylate).

دو ماده مزبور جزو هورمون های گیاهی سنتزی یا مصنوعی هستند که در کاربردهای زمانی و مقادیر مختلف بنحو بارزی موجب کوتاه شدن ساقه های گیاه برنج و در نتیجه کاهش "ورس" ارقام برنج  "Oryzica 2" و "Oryzica 3" شدند.

این بررسی در سطح شالیزارهای تولید تجارتی طی چندین فصل رشد انجام پذیرفت.

نتایج حاصله مؤید آن بودند که :

"تری نیکساپاک اتیل" از ارتفاع بوته های برنج و لاجرم وقوع پدیده ورس برنج واریته "Oryzica 3" کاست و بدین ترتیب بر عملکرد برنج به میزان 17/1 تن در هکتار نسبت به تیمار شاهد افزوده شد (4).

کاربرد نفتالن استیک اسید در زراعت برنج :

برنج گیاهی تک لپه ای است که غذای نیمی از جمعیت جهان را تأمین می کند.

هورمون "نفتالن استیک اسید" (NAA) از جمله اسیدهای آروماتیک (معطر) محسوب می شود که طبیعتاً در آب نامحلول است گواینکه فقط تا میزان 380 پی پی ام در آب قابل حل می باشد. این اسید سنتزی (مصنوعی) مشابه ماده ای طبیعی بنام "اندول استیک اسید" (IAA) در گیاهان عمل می کند بنابراین آنرا از جمله هورمون های مصنوعی خانواده "اکسین ها" بحساب می آورند (2).

ماده NAA اصولاً در اعمال گیاهی زیر دخالت می نماید :

1) تقسیمات سلولی

2) طویل شدن سلول ها

3) طویل شدن ساقه ها

4) فتوسنتز

5) سنتز RNA

6) نفوذپذیری غشاء سلولی

7) جذب آب

8) جلوگیری از ریزش زودهنگام میوه ها

9) تحریک گلدهی

10) میوه دهی

11) تأخیر در پیری

12) جلوگیری از بازشدن جوانه ها

13) میزان کلروفیل برگ ها

14) افزایش عملکرد درختان میوه (2).

در یک آزمایش به بررسی اثرات "نفتالن استیک اسید" (NAA) بر رشد ، اجزاء عملکرد و عملکرد گیاه برنج پرداخته شد. نتایج بررسی حاکی از آن بودند که : کاربرد برگپاشی NAA بعنوان یک نوع هورمون "اکسین" مصنوعی از طریق فرآیند متابولیکی بر سیکل زندگی گیاه برنج تأثیر می گذارد بدانگونه که مواد فتوسنتزی را از برگ ها بعنوان "source" به محل های ذخیره بعنوان "sink" منتقل نموده و موجب افزایش عملکرد می گردد (2).

زمانیکه NAA در مقادیر 100 و 200 پی پی ام بر بوته های برنج گلدانی اسپری گردید، بنحو معنی داری موجب افزایش ارتفاع گیاه در 60 روز پس از کاشت (DAS) شد.

پاشیدن NAA در غلظت 100 پی پی ام به افزایش تعداد پنجه ها ، تعداد برگ ها و وسعت سطح برگ های هر بوته برنج انجامید.

پاشیدن NAA در غلظت 100 پی پی ام همچنین از تولید پنجه های دیرهنگام و غیر مولد جلوگیری نمود.

بکاربردن NAA در غلظت 100 پی پی ام موجب افزایش طول، حجم و وزن (خشک و تر) ریشه های برنج شد.

مزایای کاربرد NAA در سیستم های آبیاری سیلابی (flooded) یا غرقابی بسیار بیشتر از سیستم های آبیاری متناوب (intermittent) بوده است (2).  

گزارشات نشان می دهند که پاشش NAA در آغاز مرحله خوشه دهی برنج موجب افزایش معنی دار تعداد پانیکول ها در هر مترمربع شالیزار می شوند.

در دو آزمایش با کاربرد تلفیقی NAA و فسفر در شرایط مزرعه ای و گلدانی ملاحظه شد که تعداد پنجه های مثمر برنج بنحو معنی داری افزایش می یابند.

همچنین گزارش شده است که کاربرد 1000 میلی گرم در لیتر NAA موجب افزایش تولید پانیکول های سنگین در برنج می شود.

 بررسی ها بیانگر آن هستند که کاربرد NAA موجب افزایش درصد دانه های پُر برنج در حالت کاربرد منفرد و یا در تلفیق با کاربرد فسفر و آبیاری غرقابی می شود.

کاربرد NAA در آغاز مرحله پنجه دهی بر تعداد دانه های پُر در پانیکول اصلی و وزن هزار دانۀ برنج اضافه نمود (2).

نتایج آزمایشات مؤید آن هستند که بیشترین عملکرد برنج با کاربرد 100 پی پی ام NAA و آبیاری غرقابی حاصل می آید.

برگپاشی NAA در مقادیر 1000 و 2000 پی پی ام به ترتیب موجب افزایش 7/27 و 9/6 درصدی دانه های برنج شد (2).

اسید جیبرلیک ؛ فیتوهورمون کلیدی برای باروری خوشه چه های برنج :

متخصصین اصلاح نباتات در طی انقلاب سبز (green revolution) به توسعه ارقام پُر محصول برنج با ویژگی های زیر پرداختند :

الف) نیمه پاکوتاه (semi-dwarfism)

ب ) واکنش مناسب به جیبرلین (GA responses)

پ ) افزایش تولید دانه (improving grain) (8).

"هورمون گیاهی" یا "فیتوهورمون" (phytohormone) جیبرلیک اسید موسوم به "جیبرلین" (gibberellins) جزو تنظیم کننده فعالیت های گیاهی محسوب می شود که در اغلب فرآیندهای رشد و نمو نظیر : نمو و جوانه زنی بذور ، رشد ریشه ها و ساقه ها ، تقسیمات سلولی و زمان گلدهی دخالت دارد. نام گذاری جیبرلین (GA) پس از کشف قارچ "Gibberella fujikuroi" که باعث طویل شدن غیر عادی سلول ها و برخی علائم دیگر در گیاهان سرایت یافته می شد ، انجام پذیرفت (8).

امروزه ترکیبات شیمیایی متعددی از انواع GA در بافت های گیاهان شناخته شده اند ولیکن بسیاری از این ترکیبات در شرایط غیر آزمایشگاهی (in vivo) فعالیتی بروز نمی دهند.

هورمون GA در روند ازدیاد گیاهان دارای اثراتی بر : شکل گیری پرچم ها ، تشکیل گرده ها و نمو لولۀ گرده می باشد.

"غربالگری" (screening) گیاهان برای تشخیص میوتانت هایی با GA غیر حساس (GA-insensitive) و یا GA ناکافی (GA-deficient) انجام می گیرد که به صورت هایی چون کوتولگی و باریکی ساقه ها در گیاه "رشادی" (Arabidopsis) ظاهر می گردند (8).

هورمون گیاهی اسید جیبرلیک (GA) دارای پیام های (سیگنال ها) ضروری در بروز اعمال چندگانه ای در طی فرآیندهای رشد و نمو گیاهان است. اغلب مطالعاتی که در رابطه با جیبرلین انجام پذیرفته اند، در مقوله جوانه زنی و طویل شدن سلول ها می باشند درحالیکه جیبرلین دارای نقش بارزی در توسعه اندام های گلدهی بویژه در شکل گیری بساک (anther) پرچم ها (stamen) است.

جیبرلین همچنین از اهمیت وافری در باروری خوشه چه های (spikelet) برنج برخوردار است گواینکه ژنتیک مولکولی و مکانیزم شیمیایی جیبرلین در باروری اندام های نر تاکنون ناشناخته مانده است (8).

تأثیر کاربرد بنزیل آمینوپیورین بر برنج هیدروپونیک :

پنجه ها (tillers) در حقیقت شاخه هایی هستند که از جوانه های جانبی قاعدۀ ساقه های برنج توسعه می یابند.

جوانه های جانبی (lateral buds) یا جوانه های پنجه ای (tiller buds) از محور برگ های تحتانی تمایز (differentiate) می پذیرند.

پدیده پنجه زنی متأثر از چندین عامل از جمله ویژگی های ژنتیکی ارقام برنج و شرایط محیطی است. این موضوع همچنین نشان می دهد که رشد جوانه های محوری عموماً با سطوح طبیعی سیتوکینین های جوانه ها ارتباط دارد. تیمار خارجی سیتوکینین های گیاهی موجب آزاد شدن جوانه های جانبی از غالبیت انتهایی (apial dominance) در بسیاری از گیاهان دو لپه ای نظیر : سیب ، سویا ، گوجه فرنگی و نخود می گردد.

تنظیم کننده های هورمونی گراس ها نیز موجب رشد جوانه های جانبی و رهایی آنها از تسلط ساقه اصلی می شوند.

گزارشات بسیاری در مورد تأثیر کاربرد خارجی سیتوکینین بر افزایش پنجه زنی گراس هایی نظیر : گندم ، یولاف و جو در دست می باشند گواینکه نتایج متناقضی نیز از تأثیر سیتوکینین ها بر پنجه زنی غلات از جمله برنج وجود دارند. بر اساس یکی از پژوهش ها که در ژاپن انجام پذیرفته است با افزودن ماده "کینتین" (kinetin) به محلول هیدروپونیک از پنجه زنی بوته های برنج جلوگیری می شود امّا پنجه زنی پس از 2 هفته پس از تیمار شدت می گیرد (9).

در یک آزمایش به بررسی اثرات "بنزیل آمینوپیورین" (BA) بر پنجه زنی دو رقم برنج با خصوصیات توانایی کم (North rose) و توانایی زیاد (Sasanishiki) در پنجه زنی در شرایط هیدروپونیک پرداخته شد.

برگپاشی BA بر هر دو رقم برنج در مرحله 6 برگی انجام پذیرفت ولیکن تغذیه ریشه ای بوته های برنج در مرحله 8 برگی وقوع یافت.

نتایج حاصله نشانداد که هر دو حالت : تغذیه ریشه ای و کاربرد برگپاشی BA موجب تسریع در آغاز پنجه زنی و در نتیجه کاهش معنی دار تعداد پنجه های هر دو نوع بوتۀ برنج شدند.

بررسی ها نشانداد که پنجه های اولیه بسیار بیشتر از پنجه های ثانویه از کاربرد BA تأثیر می پذیرند.

تولید برگ ها بر روی ساقۀ اصلی موقتاً محدود گردید.

غلظت مؤثر BA بر پنجه زنی بیش از 01/0 میکرومول (μM) برای تغذیه ریشه ای و 100 میکرومول برای حالت برگپاشی تعیین شد.

بطور کلی میزان اثرات تغذیه ریشه ای بوته های برنج  با BA بسیار بیشتر از کاربرد برگپاشی آن بود.

نتیجه نهایی اینکه ممانعت پنجه زنی گیاه برنج توسط BA در قیاس با بالا بردن توان پنجه زنی آن بیشتر است، که این موضوع در تناقض با نقش معمول انواع سیتوکینین ها می باشد (9).

مصرف آزوسپیریلیوم در شالیزارهای آپلند فاریاب :

با وجود کاهشی که در تولید و میزان عملکرد برنج برزیل طی فصل زراعی 16-2015 میلادی در قیاس با سال قبل بترتیب بمیزان 3/14 و 6/0 درصد صورت پذیرفت، واضح است که زنجیره تولید غلات از اهمیت افزون تری برای تجار کالاهای کشاورزی (agribusiness) برزیل برخوردار خواهد بود زیرا محصول برنج دارای بالاترین میزان مصرف و ارزش تجاری غلات در جهان می باشد (10).

مسلماً گیاه برنج از جملۀ محصولات زراعی است که تقاضای زیادی برای کسب عنصر ازت در راستای ارائه حداکثر عملکرد است زیرا ازت از اجزای اصلی مولکول کلروفیل می باشد که در افزایش سطح برگ ها و در نتیجه افزایش کسب و کارآیی تشعشع خورشید ، مقدار فتوسنتز ، تعداد خوشه در واحد سطح ، تعداد خوشه چه های هر خوشه ، تعداد دانه های بارور هر خوشه چه ، طول خوشه چه ، وزن هزار دانه و عملکرد دانه مؤثر است (10).

یک طرح پژوهشی طی سال های 13-2012 میلادی با استفاده از باکتری "باسیلی" یا میله ای شکل "آزوسپیریلیوم" با نام علمی "Azospirillum brasilense" بمنظور ارزیابی تأثیر آن بر میزان تثبیت نیتروژن در شالیزارهای آپلند انجام پذیرفت. در طرح مذکور فاکتورهای دُز مصرفی و شیوه آلوده سازی ماده تلقیحی (inoculant) به اجرا در آمدند.

"آزوسپیریلیوم" از جمله باکتری های گیاهی (bacterium) با قابلیت تثبیت کنندگی ازت به شیوه آزاد یا غیر همزیستی موسوم به "دیازوتروپیک" (Diazotropic) می باشد.

پژوهش مذکور در قالب طرح بلوک های تصادفی با شمای فاکتوریل 4 × 4 انجام پذیرفت.

دُزهای ماده تلقیحی به میزان : 0 ، 100 ، 200 و 300 میلی لیتر از نوع تجاری در هکتار بکار رفت درحالیکه 4 روش بکارگیری شامل :

تلقیح بذور ، بکارگیری در فاروهای کاشت ، اسپری بر روی خاک پس از کاشت و برگپاشی در آغاز مرحله پنجه زنی بودند (10).

در پایان آزمایش به ارزیابی ویژگی های زراعی ، اجزای عملکرد و راندمان تولید برنج پرداخته شد.

با بررسی اطلاعات پژوهش مشخص گردید که بکارگیری "آزوسپیریلیوم" بعنوان یک عامل تثبیت کنندۀ ازت می تواند دارای اهمیّت قابل ملاحظه ای در راستای کشاورزی پایدار باشد.

نتایج حاصله مؤید آن بودند که ماده تلقیحی حاوی "آزوسپیریلیوم" موجب افزایش 19 درصدی عملکرد برنج آپلند تحت آبیاری بارانی (sprinkler irrigation) با تیمار 200 میلی لیتر در هکتار بدون توجه به شیوۀ کاربرد گردید. 

بررسی ها همچنین نشان دادند که افزایش عملکرد در شالیزارهای آپلند کشور برزیل بمیزان 2/3 تن در هکتار در قیاس با شالیزارهای فاریاب بمیزان 8/6 تن در هکتار نسبتاً پائین بوده است. بنابراین مشخص شد که جنس "آزوسپیریلیوم" بعنوان "باکتری افزایش دهندۀ رشد گیاهان" یا PGPB (plant growth promoting bacteria) با توانایی تثبیت بیولوژیکی آزاد ازت می تواند با دخالت در سنتز هورمون هایی نظیر اکسین به تحریک رشد ساقه ها و ریشه ها در انواع غلات (grass crops) نظیر برنج مشارکت ورزد (10).

تأثیر زمان و دُز مصرف بیورین بر رشد و عملکرد برنج :

دستیابی به خودکفایی یا "خود اتکایی" (self-supporting) تولید برنج از مهمترین پارامترهای امنیت غذایی ملی است زیرا تأثیرات بارزی بر وضعیت اجتماعی ، اقتصادی و سیاسی کشورها برجا می گذارد. از این جنبه است که بسیاری از کشورها در تلاش برای افزایش تولید برنج می باشند تا بگونه ای بتوانند در روند دستیابی به خودکفائی آن گام بردارند.

امروزه راه های زیادی برای افزایش تولید برنج تحت بررسی قرار گرفته اند که از جمله چنین راه هایی را می توان افزایش حاصلخیزی خاک شالیزارها در راستای بهبود رشد و نمو گیاه برنج عنوان نمود. در حقیقت اینکار اجتناب ناپذیر می باشد زیرا کاشت مداوم برنج در شالیزارها سبب کاهش توانایی های فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی اراضی برنج می گردد (11).

استفاده از مخلوط ادرار (urine) ، کودهای طویله ای (stable manure) و سایر مواد آلی پس از تخمیر شدن که موسوم به "بیورین" (biourine) است ، بخوبی می تواند سبب افزایش حاصلخیزی خاک شالیزارها گردد و جایگزین مناسبی برای کودهای شیمیایی محسوب شود. بنابراین ساخت "بیورین" با موادی که نسبتاً بوفور در دسترس زارعین قرار دارند، می تواند پاسخگوی بخشی از نیازهای گیاه برنج بعنوان جایگزین کودهای شیمیایی باشد که نسبتاً گران ، دسترسی کمتر و مضر برای محیط زیست هستند(11).

بکارگیری مواد غذایی مورد نیاز گیاهان عمدتاً از دو طریق صورت می پذیرد :

الف) افزودن عناصر غذایی به خاک با تأثیر کمتر

ب ) محلول پاشی برگی با تأثیر سریع تر و بیشتر

البته جذب عناصر غذایی از طریق روزنه های هوایی برگ ها (استوماتا) توسط عوامل محیطی متعددی متأثر می گردد. بکارگیری نوع و مقادیر صحیح و بهنگام عناصر غذایی مورد نیاز گیاهان بخوبی می تواند به رشد بهینه و بیشترین راندمان تولید گیاهان منجر گردد درحالیکه کاربرد بیشبود یا مقادیر نازل آن موجب بروز محدودیت هایی در رشد و نمو گیاهان خواهد شد (11).

در یک آزمایش به بررسی تأثیر زمان و مقدار بکارگیری "بیورین" بر افزایش رشد و تولید برنج پرداخته شد. در این پژوهش از طرح اسپلت پلات با 3 تکرار استفاده شد بطوریکه پلات های اصلی شامل کاربرد زمانی "بیورین" در 2 سطح صبح و عصر بودند.

بعلاوه پلات های فرعی دربرگیرندۀ میزان مصرف "بیورین" در 4 سطح : 0 ، 500 ، 1000 ، 1500 و 2000 لیتر در هکتار تعیین شدند (11).

نتایج بررسی نشانداد که :

1) اثرات متقابل بین زمان و مقدار بکارگیری "بیورین" بر پارامترهای متمایز مشاهده ای معنی دار بودند.

2) بکارگیری صبحگاهی "بیورین" در مورد پارامترهای رشد با مقادیر 1500 لیتر در هکتار و 2000 لیتر در هکتار توانستند موجب افزایش سطح برگ ها ، تعداد گیاهچه های (plantlets) هر کپه (clump) و وزن خشک کل محصول نسبت به سایر تیمارها شوند.

3) کاربردهای صبحگاهی "بیورین" در مورد پارامترهای عملکرد در مقادیر 1500 و 2000 لیتر در هکتار توانستند سبب افزایش تعداد پانیکول ها در هر کپه ، وزن خشک خوشه چه ها و وزن 1000 خوشه چه نسبت به سایر تیمارها گردند (11).

نقش هورمون های گیاهی در ایمنی برنج :

در ضمن ارزیابی مشارکت گیاهان و میکرب های وابسته همواره به بررسی سیستم های ایمنی گیاهان در مقابله با پاتوژن های میکربی و راه های دفع آنان پرداخته می شود.

ایمنی گیاه (plant immune) از میزان واکنش گیاه نسبت به پاتوژن ها منشأ می گیرد که مشخص کنندۀ سطح حساسیت گیاه برای بروز دفاع در برابر تهدیدات زنده و غیر زنده است.

مشخص شده است که هورمون های گیاهی نظیر : "اسید سالیسیلیک" (SA) ، "جاسمونیت" (Jas) و اتیلن (ET) در ضمن واکنش های ایمنی به ارسال سیگنال هایی جهت برانگیختن و مدیریت واکنش های دفاعی می پردازند (13).

باید در نظر داشت که گیاهان در طی دورۀ زندگی با انواع مختلفی از تنش های محیطی زنده (biotic) و غیرزنده (abiotic) مواجه می گردند لذا برای گذران موفقیت آمیز مراحل زندگی به توسعه مکانیزم های پیچیده ای می پردازند تا بدینوسیله از قابلیت احساس تغییر شرایط محیطی بمنظور احراز توانایی مقابله با تنش های محیطی برخوردار گردند (13).

پژوهندگان در ضمن دهه اخیر موفق به کشف برخی از هورمون های گیاهی کنترل کننده رشد نظیر : اکسین ، جیبرلیک اسید (GA3) ، براسینواستروئیدها (BRs) و آبسیزیک اسید (ABA) شده اند که نقش بارزی در ایمنی و رشد و نمو گیاهان بر عهده دارند لذا این پژوهندگان بدینطریق توانسته اند برخی از جوانب رشد و نمو و همچنین ایمنی گیاهان در مقابله با تنش های زنده و غیرزنده را کنترل کنند (13).

توجه داشته باشید که فعال سازی واکنش های دفاعی گیاهان معمولاً به تحلیل رفتن بخشی از توانایی رشد و نمو گیاهان منتهی می شود که به آن اصطلاحاً "هزینه دفاع" (defense cost) یا "عقوبت دفاع کردن" (defense penalty) می گویند که به سبب تداخل در مسیرهای هورمونی (hormone pathways) واقع می گردد (13).

هورمون های گیاهی بطور گسترده ای در رابطه با نقش مهم آنها در ایمنی تولیدات گیاهی بویژه در رابطه با گیاه دو لپه ای "رشادی" (Arabidopsis thallana) بررسی گردیده اند امّا این بررسی طی دهه های اخیر به گیاه تک لپه ای برنج (Oryza sativa) نیز متمایل شده است.

در این مورد برخی شواهد مؤید آن هستند که اسید سالیسیلیک (SA) دارای نقش برجسته ای در استحکام اساسی پیکره برنج می باشد.

بعلاوه ماده "جاسمونیت" یا "JA" (Jasmonate) نیز اهمیت بارزی در دفاع گیاهان در مقابل سرایت باکتری ها و قارچ ها برعهده دارد.

همچنین اتیلن (ET) می تواند دارای نقش منفی یا مثبت در رابطه با مقاومت گیاه برنج نسبت به برخی بیماری ها باشد ولیکن این موضوع بستگی به نوع پاتوژن و شرایط محیطی دارد.

"براسینواستروئیدها" یا "BP" (brassinosteroids) و "آبسیزیک اسید" یا "ABA" (abbscisic acid) نیز موجب ترقی رشد یا دفاع گیاهان در مقابله با پاتوژن های عامل بیماری های گیاهی هستند.

اکسین ها (auxins) و جیبرلین ها یا GA (gibberellins) عموماً دارای نقش منفی در تنظیم ایمنی داخلی گیاه برنج می باشند.

هورمون جیبرلین (GA) همراه با "جاسمونیت" (JA) دارای اثرات متقابل ضدیت با یکدیگر یا "آنتاگونیستی" (antagonistic) در نمو گیاه برنج می باشند و پروتئین Della دارای نقش تنظیم کنندگی مسیر فعالیت هورمون های مزبور است (13).

اثر جیبرلین و سایر تنظیم کننده های رشد بر تولید بذور برنج هیبرید :

برنج از مهمترین محصولات زراعی جهان است که نقش برجسته ای را در تأمین نیازهای غذایی نیمی از جمعیت جهان برعهده دارد. روند رو به رشد جمعیت جهان بموازات زوال توانایی محیط زیست در تأمین نیازهای آنها به چالشی مهم برای حکومت ها تبدیل شده است لذا طی دهه های اخیر به تلاش برای بهبود تکنولوژی های موجود برآمده اند. در این راستا نیازمندی به افزایش تولید از طریق دستاوردهای ژنتیکی جدید نظیر توسعه برنج های هیبرید به شدت احساس می شود (12).

باید توجه داشت که تولید برنج برای رفع نیازهای غذایی آینده از جنبه تئوریک به سه طریق : افزایش راندمان تولید ، افزایش سطح زیر کشت و یا تلفیقی از هر دو امکانپذیر می باشد. امروزه دانشمندان معتقدند که افزایش سطح زیر کشت برنج بسیار دشوار می نماید و به شدت نیازمند پژوهش های زیاد و پُر هزینه است درحالیکه استفاده از ارقام برنج هیبرید می تواند پاسخگوی مناسبی برای رفع این نیازها باشد(12).

تولید برنج هیبرید که از سال 1976 میلادی در چین شروع شد، متعاقباً در سال 1983 میلادی به سطح تولید حدود 5 تن در هکتار با استفاده از 3 لاین هیبرید رسید. سرانجام با بکارگیری تکنولوژی های جدید به عملکرد 6 تن در هکتار در سال 1995 میلادی و به بیش از 10 تن در هکتار طی سال 2004 میلادی دست یافتند. متعاقباً برنامه تولید برنج سوپر هیبرید برای دستیابی به عملکرد 5/13 تن در هکتار به اجرا گذاشته شد.

امروزه بکارگیری از پدیدۀ "هتروزیس" (heterosis) بمنظور تولید برنج های هیبرید در چین و 18 کشور جهان در حال پیشرفت می باشد.

گیاه برنج از ویژگی خودگشنی (self-pollinate) برخوردار است لذا تولید برنج های هیبرید نیازمند شناسایی و استفاده از لاین های "نر عقیم" (male sterility) مناسب می باشد که به آن سیستم 3 لاین (three-line system) یا CMS گفته می شود (12).

هورمون های گیاهی در این راستا دارای نقش حیاتی در روند رشد و نمو لاین های دخیل در فرآیند تولید بذور برنج هیبرید بعنوان تنظیم کننده های رشد گیاهان یا PGR (plant growth regulators) می باشند. بطور کلی هورمون های گیاهی نظیر : اکسین ها مثل NAA ، جیبرلین ها مثل GA3 ، سیتوکینین ها و اتیلن ها در کنترل رشد و نمو گیاهان مؤثرند و در وقایعی چون : تقسیمات سلولی ، طویل شدن سلول ها ، سنتز پروتئین ها نقش دارند (12).

گیاهان از توانایی ذخیره کردن مقادیر مازاد هورمون های گیاهی تولیدی به شکل ترکیبات الحاقی برگشت پذیر (reversible conjugate) برخوردارند و متعاقباً در مواقع نیاز و در طی دوره های رشد به آزاد  کردن مجدد آنها اقدام می ورزند.   

اکسین ها در غلظت های خیلی کم در : طویل شدن سلول ها ، تقسیمات سلولی ، تورّم بافت ها (tissue swelling) ، شکل گیری ریشه های نابجا ، تولید کالوس ، شل شدن دیواره سلولی و جنین زائی (embryogenesis) دخالت دارند.

هورمون جیبرلین نیز در برخی فعالیت های گیاهی نظیر : طویل شدن ساقه ها و شکل گیری مولکول

 mRNA در داخل سلول ها دخیل می باشد (12).

تولید برنج هیبرید عمدتاً تحت تأثیر مجموعه ای از عوامل مختلف و تکنولوژی های پیشرفته به شرح زیر قرار دارد :

1) سه فاکتور مهم خوشه دهی (heading) و گلدهی (flowering) شامل : حرارت ، تابش خورشید و رطوبت نسبی.

2) کاربرد کودها و مواد شیمیایی

3) پاشیدن دُزهای کم جیبرلیک اسید (GA3) برای بهبود وضعیت ایستایی محصول (posture) بمنظور بیشترین وقوع دگرلقاحی (out-crussing) در لاین های نرعقیم (12).

هورمون جیبرلین در بسیاری از کشورها نسبتاً گران است ولیکن آنرا در کشور چین با دُز 300-150 گرم در هکتار برای کسب حداکثر عملکرد بذور برنج هیبرید بکار می برند. امروزه هر گرم GA3 در حدود 3/0 دلار آمریکا قیمت دارد لذا اکثر کشورها در صدد یافتن مواد جایگزین با بهای کمتر هستند (12).

یک پژوهش برای شناسائی مواد جایگزین جیبرلین با کارآیی مؤثر و هزینه مناسب جهت افزایش تولید بذور برنج هیبرید انجام پذیرفت. ارقام والد برنج  هیبرید NDHR2 با 34 ترکیب مختلف از انواع تنظیم کننده های رشد به همراه یک تیمار شاهد در 3 تکرار قرار گرفتند.

نتایج حاصله نشانداد که تیمارهای مذکور در تمامی موارد بجز ارتفاع گیاه و تعداد پنجه های مؤثر هر بوته دارای تأثیر معنی داری بوده اند. کاربرد خارجی انواع هورمون های رشد گیاهان در این بررسی بنحو معنی داری سبب افزایش عملکرد بذور در محدودۀ 5/23-8/14 گرم شد.

در آزمایش مذکور :

1) تیمار T26 (GA3 + C.C.)

توضیح اینکه C.C. (chemical composition)

2) تیمار T2 (GA3 45g)

3) تیمار T1 (Ga3 30g)

4) تیمار T5 (NAA 200g)

5) تیمار T3 (NAA 100g)

6) تیمار T27 (urea 2g + C.C.)

7) T24 (GA3 45g + K2PO4 2g)

بترتیب دارای بالاترین افزایش معنی دار در محصول بذور برنج هیبرید بودند.

سایر اجزای عملکرد نیز بنحو معنی داری در اثر برگپاشی تنظیم کننده های رشد افزایش یافتند.

سرانجام اینکه تیمار تلفیقی

 T26 (GA3 45g + urea 10 g + Boric acid 2g + ZnSo4 2g + K2Po4 2g) 

به بالاترین عملکرد دانه منتهی گردید که می تواند در روند تولید بذور برنج هیبرید بکار رود و جایگزین

 GA3 در فعالیت های زراعی-باغی کشور هند و سایر کشورهای مشابه گردد (12).

تأثیر تنظیم کننده های رشد بر پارامترهای کشت بافت برنج :

گیاه برنج (rice) با نام علمی "Oryza sativa) بعد از غلاتی چون گندم و ذرت دارای بیشترین سطح زیر کشت جهانی است. گیاه برنج را می توان در تمامی انواع خاک های حائز ظرفیت مناسب نگهداری آب و شرایط اقلیمی دارای آب و دمای کافی کشت نمود.

آمارها بیانگر اینکه کشور ترکیه در سال 2012 میلادی حدود 880 هزار تن برنج از حدود 7/118 هزار هکتار سطح زیر کشت تولید نموده است که کفاف مصارف داخلی را نمی داد لذا همواره میزان واردات برنج از میزان تولید آن در ترکیه بیشتر بوده است. بنابراین متخصصین اصلاح نباتات این کشور در صدد آن برآمدند تا با بهبود عملکرد و کیفیت برنج تولیدی از واردات این محصول بکاهند و در این راستا از علوم اصلاح نباتات کلاسیک ، مهندسی ژنتیک و شیوه های بیوتکنولوژی نظیر کشت بافت بهره می جویند (3).

در این رابطه مشخص شده است که کالوس زایی جنینی (embryogenic calli) نسبت به شیوه هایی چون :

الف) استفاده از توان گونه ها در تولید نوساقه ها (Shoot spices)

ب ) استفاده از گل آذین نارس (Immature inflorescences)

پ ) استفاده از ریشه ها و برگ ها (Roots and Leaves)

برای انتقال ژنتیکی و ازدیاد گیاه برنج مطلوب تر بوده اند و بعبارت دیگر "کشت کالوس" (callus culture) در قیاس با "اندام زائی" (organogenesis) دارای موفقیت بیشتری در تحقیقات برنج می باشد (3).

بر اساس پژوهش های متعدد مشخص شده است که بطور کلی پتانسیل "کالوس زائی" (callus induction) و ازدیاد گیاهی تحت تأثیر عوامل زیر قرار می گیرند :

1) ژنوتیپ

2) منبع متابولیسم کربوهیدرات ها

3) تنظیم کننده های رشد گیاهی

4) محیط کشت

5) شرایط رشد (3).

معمولاً جنین های لازم در تکنیک کشت جنین غلات را از بذور بالغ و بعضاً نابالغ آنها بدست می آورند. در این راستا جنین های بالغ همواره و بدون محدودیت زمانی در دسترس قرار دارند و غالباً کاربردهای وسیع تری نسبت به جنین های نابالغی یافته اند که در فقط برهه زمانی کوتاهی قابل دسترسی هستند (3).

 "جدول1) تأثیر تنظیم کننده های رشد بر پارامترهای کشت بافت در 3 ژنوتیپ گیاه برنج (3):"

در یک آزمایش که در دانشکده کشاورزی دانشگاه "آنکارا" در ترکیه انجام پذیرفت ، به تعیین اثرات تنظیم کننده های رشد بر پارامترهای کشت بافت گیاه برنج پرداخته شد.

در این بررسی جنین های بالغ سه رقم برنج زیر :

الف) برنج عطری (Aromatic 1)

ب ) برنج بالدو (Baldo)  

پ ) برنج "کارادنیز" (Karadeniz)

با مقادیر مختلفی از تنظیم کننده های رشد به اسامی ذیل بکار گرفته شدند:

الف) توفوردی یا "2,4-D" (2و4 دی کلرو فنوکسی استیک اسید)

ب ) پیکلورام (picloram) (3).

برای تحریک کالوس زائی به قراردادن جنین های بالغ دارای سپرچه های (scutellum) ایستاده در 3 نوع محیط کشت (medium) بشرح زیر اقدام گردید :

1) محیط غذایی ام-اس عاری از هورمون (MS-0)

2) محیط غذایی ام-اس بعلاوه 2 میلیگرم در لیتر توفوردی (MS + 2,4-D 2mg)

3) محیط غذایی ام-اس بعلاوه 5/2 میلیگرم در لیتر پیکلورام (MS + picloram 2.5 mg) (3).

محیط کشت ها قبل از آغاز آزمایش درون پتری ریخته شدند و بخوبی استریل گردیدند.

تیمارها را به مدت 2 هفته درون انکوباتور و در شرایط تاریکی با دمای 25 درجه سانتیگراد قرار دادند.

کالوس های (calli) حاصله برای ازدیاد به محیط MS-0 عاری از هورمون منتقل شدند.

بر طبق نتایج حاصله مشخص گردید که تأثیرات تنظیم کننده های رشد و ژنوتیپ ها بر تحریکات کالوس زائی و ازدیاد گیاه برنج از نظر آماری معنی دار می باشند (3).

کاربرد اکسین در ازدیاد گیاه برنج از طریق کشت بساک :

دانشمندان معتقدند که برای تهیّه غذای خیل لجام گسیخته جمعیت جهان باید به اصلاح ارقامی از گیاهان زراعی پرداخت که ضمن تحمل تنش های محیطی زنده و غیر زنده بتوانند به تولید پایدار قابل ملاحظه ای دست یابند. آنها راه های دستیابی به چنین اهدافی را تعبیه (stacking) و انباشتن (pyramiding) ژن های مؤثر و مفید عنوان می کنند لذا شیوه هایی نظیر تولید گیاهان "هاپلوئید دوبل" (doubled haploidy) و استفاده از ژن های "مارکر یاریگر انتخاب" یا MAS (marker assisted selection) را توصیه نموده اند(6).

در این مقوله تولید گیاهان "هاپلوئید دوبل" (DH) از طریق کشت بساک بعنوان یکی از گزینه های اصلاح تجاری محصولات زراعی مطرح می باشد که به تولید لاین های هموزایگوس (homozygous) جدیدی منتهی می گردد و بدینطریق در برنامه های اصلاحی تسهیل و تسریع بعمل می آید.

برای تولید لاین های هموزایگوس بارور با کمک شیوه های سنتی اصلاح نباتات به 6-5 نسل زمان نیاز می باشد درحالیکه آنرا می توان از طریق کشت بساک طی یک نسل و با کمترین هزینه و مرارت حاصل نمود.

امروزه از کشت بساک در پروژه های اصلاح ارقام برنج در کشورهای چین و کره جنوبی بوفور بهره می گیرند تا بدینوسیله ارقامی با عملکرد بالا ، کیفیت مطلوب و مقاوم به بیماری ها حاصل آورند گواینکه برخی ارقام برنج دارای معضلاتی نظیر تولید انبوه گیاهچه های "آلبینو" و یا دشواری در تولید کالوس می باشند (6).

محققان بر این باورند که "کالوس زائی" (callus induction) و "باززائی گیاهی" (plant regeneration) تحت تأثیر عوامل متعدد زیر قرار دارند :

1) ژنوتیپ (genotype)

2) پیش تیمار (pre-treatment)

3) ترکیب محیط کشت (culture media composition)

درحالیکه بواقع ژنوتیپ اصلی ترین عامل واکنش گیاهان در کشت بافت غلات (ذرت ، یولاف ، جو ، گندم ، برنج) تحت شرایط آزمایشگاهی بشمار می آید (6).

همچنین بر طبق نظریات پژوهشگران عواملی که بر میزان واکنش بساک در روند کالوس زایی می افزایند عبارتند از :

1) ژنوتیپ

2) ترکیب عناصر غذایی محیط کشت نظیر یون های آمونیوم و نیترات ، ویتامین ها ، آمینو اسیدها ، "کازئین هیدرولیسیت" بعنوان منبع کلسیم و برخی عناصر غذایی میکرو

3) نوع و غلظت تنظیم کننده های رشد (6).

همچنین احتمالاً استفاده از نیترات نقره بعنوان ممانعت کنندۀ بیوسنتز اتیلن می تواند در روند کشت بساک برنج مؤثر واقع گردد.

گزارشاتی نیز وجود دارند که نوع و غلظت بکارگیری تنظیم کننده های رشد نظیر اکسین و سیتوکینین در فرآیند جنین زایی گرده ها (pollen embryogenesis) حائز اهمیّت قابل ملاحظه ای هستند.

از دیگر منابع اکسین نظیر "نفتالن استیک اسید" (NAA) نیز می توان برای کشت بساک استفاده کرد.

بعلاوه گزارشاتی وجود دارند که افزایش غلظت یا مدت کاربرد "توفوردی" بعنوان یک منبع اکسین می تواند تأثیرات نامطلوبی نظیر تولید کروموزوم های غیرعادی (chromosomal abnormalities) بر گیاهان حاصل از کشت بساک برجا بگذارد لذا غالباً در اینگونه موارد آنرا با "پیکلورام" (4 آمینو 3،5و6 تری کلرو پیکلورینیک اسید) که یک اکسین سنتزی است، جایگزین می کنند (6).

کشت بساک (anther culture) از جمله تکنیک های مفید برای تثبیت سریع لاین های حائز مجموعه ای از ویژگی های مفید و مطلوب شمرده می شود. در این رابطه تأثیر منابع اکسین نظیر "دی کلروفنوکسی استیک اسید" یا "توفوردی" (2,4-D) و "4 آمینو 3،5و6 تری کلرو پیکلورینیک اسید " یا "پیکلورام" (picloram) برای غلبه بر کمبود قابلیت تکثیر بر روی 3 نوع محیط کشت مختلف بررسی شدند (6).

نتایج بررسی ها مبین آن بودند که :

1) تأثیرات هتروزیس (heterosis) معنی دار منفی در ویژگی ها ضمن پژوهش های آزمایشگاهی در موضوع ارزش های والدینی در نسل F1 هیبرید بخوبی مشاهده شدند.

2) اکسین ها برای تحریک کالوس زایی ضرورت داشتند.

3) نوع و غلظت اکسین ها در فرآیند کشت بساک تأثیر گذار بودند.

4) جایگزینی "توفوردی" با "پیکلورام" در محیط کشت محرک کالوس زایی دارای اثرات مثبتی بر قابلیت ازدیاد بود.

5) افزایش غلظت اکسین در تحریک کالوس زایی سودمند واقع شد امّا در ازدیاد گیاه سبز (green plant) زیان آور نشان داد.

6) ارتباطی بین افزایش تعداد گیاهچه های آلبینو (albino) با افزایش مقادیر اکسین ملاحظه شد.

7) محیط کشت حاوی "پیکلورام" با غلظت 1 میلیگرم در لیتر حائز بهترین اثرات تولید گیاهان سبز از توده های کالوس بود (6).

منابع و مآخذ :

1) Arpi , Sun & et al – 2010 – Effect of seaweed extracts on growth and yield of rice plants – BioScience ; Vol. 2 ; pp. 73-77   

2) Basuchaudhuri , P. – 2016 – 1_Naphthalen acetic acid in rice cultivation – Current Science , Vol. 110 , No. 1 , page 52-57  

3) Benlioglu , Berk & et al – 2015 – Effect of growth regulators on tissue culture parameters in rice (oryza sativa) – Ekin ; Journal of Crop Breeding and Genetics ; 1-2 : 43-46  

4) Bridgemohan , Puran & et al – 2014 – Evaluation of anti_lodging plant growth regulators on the growth and development of rice (Oryza sativa) – Journal of Cereals and Oilseeds ; Vol. 5(3) , pp. 12-16

5) Fahad , Shah – 2015 – Crop plant hormones and environmental stress – Sustainable Agriculture ; Springer  

6) Kaushal , Lovelin & et al – 2015 – Auxin to improve green plant regeneration of rice anther culture – International Journal of Agriculture and Crop Science ; Vol. 8(1) , P. 15-26 ; India  

7) Kareem , Isiaka & et al – 2013 – Osmotic and hormonal priming for rice growth and yield increase – Res. J. Chem. Env. Sci. , Vol. 1 , Issue 3 : 31-39  

8) Kwon , Choon_Tak & et al – 2016 – Gibberellic acid : A key phytohormone for spikelet fertility in rice grain production – International Journal of Molecular Sciences ; Korea  

9) Liu , Zaochang & et al – 2001 – Effects of foliar and root_applied Benzylaminopurine on tillering of rice plants grown in hydroponics – Plant Prod. Sci., 4(4) : 220-226  

10) Nayara, F. S. Garcia & et al – 2016 – Doses and application methods of Azospirillum brasilense in irrigated upland rice – Revista Brasileirade Engeharia Agricola e Ambiental ; Vol. 20 , No. 11 , p. 990-995    

11) Qibtiyah , Mariyatul & et al – 2015 – The effect of application time and dosage of Biourine on growth and production of rice (Oryza sativa) – IOSR ; Journal of Agriculture and Veterinary Science ; Vol. 8 , Issue 1 , Ver. I ; pp. 26-30  

12) Tiwari , D. K. & et al – 2011 – Effect of GA3 and other growth regulators on hybrid rice seed production – Asian Journal of Plant Sciences ; India

13) Yang , Dong_Lei & et al – 2013 – Roles of plant hormones and their interplay in rice immunity – Molecular Plant , Volume 6 , No. 3 , P. 675-685