مقالات کشاورزی اندیشه سبز پارسی

مقدمه :

--- هورمون هاي گياهي به دو گروه بزرگ تقسيم مي شوند :

الف) تحريك كننده هاي رشد شامل : اكسين ها (auxin) ، جيبرلين ها (giberellin) و سيتوكينين ها (cytokinin) كه در فرآيندهايي نظير تقسيم سلولي ، بزرگ شدن سلول ، اندام زائي و تمايز دخالت دارند .

ب ) بازدارنده هاي رشد كه شامل : اسيد آبسيسيك (ABA = abscisic acid) و اتيلين مي باشند .

--- هورمون هاي ABA و اتيلن فرآيندهايي را مشخصاً در مراحل انتهايي رشد گياهان نظير : پيري ، ريزش ، پژمرده شدن گل ها و رسيدگي ميوه ها كنترل مي نمايند. بعلاوه هر دوي اين هورمون ها سرعت رشد را در شرايط نامساعد محيطي به كمك جلوگيري از فرآيندهاي سلولي نظير رشد و سنتز پروتئين و انتقال يون ها كنترل مي كنند وليكن رشد مجدد بافت ها با از دست دادن اتيلن و ABA از سر گرفته مي شود .

--- مطالعات عديده نشان داده اند كه ميزان اينگونه هورمون هاي گياهي داخلي در طول دوره هاي پيري ، رسيدگي و ريزش ميوه ها همانند زماني كه در معرض تنش محيطي قرار مي گيرند ، افزايش مي يابند . ميزان داخلي اتيلن نه تنها تحت شرايط تنش آب بلكه در واكنش به تحريكات مكانيكي ، آلودگي هوا ، پاتوژن ها ، خسارات حشرات ، غرقاب و شرايط بي هوازي افزايش مي يابد .

تاريخچه :

--- در قرن نوزدهم هنگامي كه از گاز ذغال سنگ (coal gas)  براي روشنايي معابر استفاده مي شد ، مشاهده گرديد كه در خيابان هايي كه اين لامپ ها قرار داشتند ، درختان ريزش برگ شديدتري نسبت به خيابان هاي ديگر دارند . سرانجام مشخص گرديد كه گاز ذغال سنگ و آلودگي هوا به بافت هاي گياهي خسارت مي رسانند تا اينكه در سال 1901 ميلادي يك دانشجوي روسي متوجه شد كه ماده فعاله تركيب گاز ذغال سنگ همان اتيلن است .

--- همچنين محققيني چون "Nelijubow" و "Dimitry" مشاهده كردند كه گياهچه هاي نخود فرنگي كه در تاريكي رشد يافته اند ، در شرايط آزمايشگاهي حائز طول ساقه كمتري هستند و رشد جانبي ساقه از طريق متورم شدن تزايد مي پذيرد بطوريكه داراي رشد غير عادي افقي بصورت زمين گرايي منفي (negative gravitropism) مي باشند كه اين حالت بعدها به واكنش سه گانه (triple response) معروف گرديد . در ادامه اين آزمايش هنگامي كه هواي آزمايشگاه را تخليه كردند آنگاه زماني كه گياه اجازه يافت تا در هواي تازه رشد نمايد ، منجر به رشد مجدد گياهچه ها با سرعت شد لذا بدين ترتيب اتيلن موجود در هواي آزمايشگاه بعنوان ماده ايجاد كننده اين واكنش تشخيص داده شد .

--- در سال 1910 ميلادي "H.H.Cousins" براي اوّلين بار گزارش كرد كه اتيلن بطور طبيعي در بافت هاي گياهي توليد مي شود . او همچنين متوجه شد كه موزهاي انباري كه توأم با پرتقال درون كانتينري مسدود حمل مي شدند ، دچار رسيدگي بيشتري گرديدند .

--- در سال 1920 ميلادي تأثير دود آتش در "گل انگيزي" آناناس مورد تأئيد واقع شد و بعداًمشخص گرديد كه دود حاصل از سوختن مواد نفتي داراي اتيلن و استيلن است .

--- در سال 1924 ميلادي "دني" مشاهده كرد كه گاز اتيلن موجب افزايش فعاليت تنفسي ليمو مي شود و زرد شدن پوست آنرا تسريع مي بخشد .

--- در سال 1933 ميلادي "زيمرمن" و "هيچكوك" نشان دادند كه اتيلن در القاء ريشه زائي قلمه ها تأثير مثبت دارد .

--- بهرحال متعاقباً تا 25 سال بعد نيز اتيلن بعنوان يك هورمون گياهي شناخته نشد . علت اصلي اين بود كه بسياري از فيزيولوژيست ها معتقد بودند كه اثرات اتيلن مي تواند توسط اكسين تفسير شود . بنابراين فكر مي كردند كه اكسين هورمون اصلي گياهان است و اتيلين نقش فيزيولوژيك ناچيز و غير مستقيمي دارد لذا كار بر روي اتيلن به علت فقدان تكنيك هاي شيميايي براي پاسخ به اين سؤالات مختل ماند .

--- كشف كروماتوگرافي گازي در سال 1959 ميلادي مقدمه اي براي تحقيق بر روي اتيلن شد و بدينگونه اتيلن مجدداً كشف (Thimann-1959) گرديد و اثرات فيزيولوژيك آن معنی دار شد و بعنوان تنظيم كننده رشد گياهي شناخته گرديد. طبيعت فرار و گازي بودن اتيلن سبب شد تا مدت ها مصرفش فقط به فضاي سربسته و عايق به نفوذ گازها محدود گردد تا اينكه در سال 1946 ميلادي ماده جديدي بنام "اتفون" (ethephon)  با نام تجارتي "اِترل" (ethrel) به بازار عرضه شد كه پس از پاشيدن براحتي جذب شاخ و برگ گياهان مي شد و در داخل بافت هاي آنان تجزيه مي گرديد و اتيلن آزاد مي ساخت .

خصوصيات اتيلن :

--- ساده ترين فرم اتيلن شناخته شده يعني CH2 = CH2   داراي وزن مولكولي 28 مي باشد و در حالت فيزيولوژيكي از هوا سبك تر است . اتيلن قابل اشتعال مي باشد و به سادگي اكسيده مي شود و سپس به اكسيد اتيلن يعني CH2 – O – CH2 تبديل مي گردد . اكسيد اتيلن نيز مي تواند هيدروليز شود و به "گليكول اتيلن" (ethylene glycol) با فرمول      HO-CH2-CH2-OH  تبديل گردد . اتيلن در بيشتر بافت هاي گياهي مي تواند كاملاً اكسيده شود و به طريق زير به CO2 تبديل گردد :

CH2 = CH2 ▬►CH2 – O – CH2 ▬►HOOC-COOH ▬► CO2     

مواد فوق بترتيب از چپ به راست شامل : اتيلن ، اكسيد اتيلن ، اسيد اگزاليك و دي اكسيد كربن مي باشند .

اتيلن بسادگي از بافت هاي گياهي آزاد مي شود و در تمام فاز گازي داخل سلول و متعاقباً بيرون از سلول منتشر مي شود. غلظت ميلي مول در ليتر اتيلن در حالت گازي و در دماي 25 درجه سانتيگراد برابر با غلظت  × 4/4 آن در داخل آب است .

--- از آنجائيكه گاز اتيلن بسادگي از بافت هاي گياهي خارج مي شود و ممكن است بر روي ساير بافت ها و اندام ها اثر بگذارد لذا در سيستم هاي انباري از روش بدام اندازي اتيلن (ethylene tropping) براي انبار كردن ميوه ها ، سبزيجات و گل ها استفاده مي شود . ثابت شده است كه ماده شيميايي "Kmno4" بطور مؤثري اتيلن را جذب مي كند و غلظت آنرا در داخل انبار سيب از 250 به  10 ميلي مول در ليتر كاهش مي دهد و بطور مشخصي طول دوره انبارداري ميوه جات را افزايش مي دهد .

--- باكتري ها و قارچ ها نيز علاوه بر اندام هاي گياهي قادر به توليد اتيلن هستند . اتيلن هاي ناخالص بغير از آلودگي شهرها و صنايع بندرت از منابع بيولوژيكي در محيط آزاد مي شوند . غلظت بيولوژيكي اتيلن فعال خيلي پائين است و به كمتر از 1 ميلي مول در ليتر (1 پي پي ام) مي رسد . بيشترين مقدار اتيلن در داخل ميوة سيب كاملاً رسيده برابر با 2500 ميلي مول در ليتر است . برگ های جوان و توسعه يافته ، اتيلين بيشتري نسبت به برگ هاي كاملاً توسعه يافته توليد مي كنند . برگ هاي جوان لوبيا به توليد اتيلن بيشتري (       1/0) در مقايسه با برگ هاي پيرتر (    04/0 ) مي پردازند .

--- در چند مورد استثنايي بافت هايي كه پير نيستند ولي صدمه ديده اند و يا بصورت مكانيكي تحريك شده اند بطور موقت ضمن 30-25 دقيقه به ميزان چندين برابر بر مقدار توليد اتيلن آنها افزايش مي شود . مشخص شده است كه بازدانگان (gymnosperms) ، گياهان پست { سرخس ها (ferns) ، خزه ها (mosses) ، دم اسب ها (liver worts) } و بعضي از سيانوباكتري ها (cyanobacteria) قادر به توليد اتيلن هستند . اتيلن توليد شده از قارچ ها و باكتري ها بطور محسوسي بر ميزان اتيلن خاك مي افزايند . تعداد ميكروارگانيزم هايي كه در خاك به زيستن مي پردازند و توليد اتيلن مي نمايند ، به نوع شرايطي كه در آن رشد مي كنند ، بستگي دارد . همچنين اثبات گرديده است كه بعضي از ن‍ژادهاي باكتري هاي روده اي مشهور به "Escherichia coli" و مخمرها (yest) به توليد مقدار زيادي اتيلن از "متيونين" (methionine) مي پردازند . مداركي براي توليد اتيلن در بافت هاي زنده پستانداران وجود ندارند . همچنين توليد اتيلن بصورت متابوليكي در بافت هاي زنده پستانداران مشخص نشده است .

بيوسنتز اتيلن :

--- اسيدآمينه "متيونين" در گياهان آلي بعنوان پيش ماده اتيلن است . "متيونين" طي يكسري از واكنش ها بترتيب زير به اتيلن تبديل مي گردد :

متيونين ▬◄ادنوزين متيونين- S ▬◄1-آمينوسيكلوپروپان-1-كربوكسيليك اسيد ▬◄اتيلن

نظريات پيشين چندان موفق نبودند زيرا يك بافت يكسان و يا سيستم عاري از سلول براي اينكه بتوان اتيلن توليد نمايد ، وجود نداشت . بعلاوه پذيرش اين واقعيت كه اتيلن مي تواند از تركيبات مختلف شناخته شده در بافت هاي گياهي توليد شود ، مشكل بود زيرا تعداد زيادي از تركيبات بعنوان پيش ماده طبيعي اتيلن محسوب مي شدند . سرانجام پيشرفت غير منتظره اي در شناسايي اتيلن حاصل شد و آن اينكه متيونين مي تواند بعنوان پيش ماده يا سوبسترات (substrate)  براي توليد اتيلن در سيستم سلولي خارج از بافت (cell free tissue system) باشد .

بررسي هاي آزمايشگاهي در مركز تحقيقات كشاورزي "مريلند" مشخص ساخت كه بافت هاي گياهي متفاوتي مي توانند متيونين با كربن 14 را به اتيلن با كربن 14 تبديل نمايند . بر طبق اين آزمايشات اتيلن از كربن هاي 3 و 4 متيونين بدست مي آيد . آزمايشات بعدي نشان دادند كه گروه "S متيونين" مجدداً به شرايط اوّليه بر مي گردد بطوريكه بدون اين برگشت از مقدار سولفور قابل دسترس متيونين و سنتز اتيلن كاسته مي شود .

پژوهش بعدي بيانگر اين بود كه "متيونين ادنوزين – S " (SAM) كه از متيونين و ATP حاصل مي شود ، ماده اي حدواسط در مسير بيوسنتز اتيلن است . سرانجام چهارده سال بعد از آن كشف شد كه متيونين پيش ماده اتيلن در گياهان آلي مي باشد و بدينگونه مراحل انتهايي مسير بيوسنتز اتيلن مشخص گرديد يعني اينكه پيش ماده بلافصل اتيلن را "1- آمينوسيكلوپروپان- كربوكسيليك اسيد" (ACC) دانستند . نقش ACCدر آزمايشاتي كه با گياهان برخوردار از كربن 14 صورت پذيرفت ، مشخص گرديد . اتيلن در شرايط غير هوازي از متيونين حاوي كربن 14 توليد نمي شود . ميزان ACC نشاندار در بافت هاي گياهي تجمع مي يابند امّا در حضور اكسيژن جرياني از اتيلن توليدي حاصل مي گردد .

بدينگونه گمان مي رود كه ACC پيش ماده بلافصل اتيلن در گياهان آلي باشد زيرا هنگامي كه ACC به بافت هاي گياهي توليد كننده ميزان اندك اتيلن تزريق مي شود ، متعاقباً توليد اتيلن در اين بافت ها افزايش مي يابد و اين مشخص مي نمايد كه سنتز ACC يك محدود كننده متابوليكي توليد اتيلن در بافت هاي گياهي مي باشد .

ACC سنتاز : 

--- "ACCسنتاز" (ACC synthase) بعنوان آنزيمي است كه نقش كاتاليزور را در تبديل SAM به ACC در بافت هاي مختلف گياهي بازي مي كند (Boller-1981). فعاليت اين آنزيم توسط چندين فاكتور داخلي و محيطي تنظيم مي شود . در موارد زيادي واكنش ACCسنتاز يك محدود كننده آنزيمي در توليد اتيلن مي باشد . از آنجائيكه ACC" سنتاز" به مقادير خيلي كمتر از 0001/0 درصد در كل پروتئين گوجه فرنگي رسيده وجود دارد لذا خالص سازي آن به كمك تجزيه هاي شيميايي مشكل مي باشد كه امروزه اين مشكل با پيشرفت تكنولوژ‍ي بيولوژي مولكولي مرتفع گرديده است .

--- در حالت خاصي از "ACC سنتاز" خالص حاصل از از كدوي سبز براي تهيّه آنتي بادي هاي ضد آنزيم ، آنتي بادي هاي لازم براي تهيّه كدهاي ژنتيكي (gen coding) و جداسازي آنزيم هاي مورد نياز استفاده مي گردد (Sato – 1989). جداسازي ژن ها بعد از كشف باكتري "E.coli" با سرعت بيشتري انجام گرفت و امكان خالص سازي "ACC سنتاز" به مقادير زياد فراهم شد .  

--- در مراحل انتهايي بيوسنتز اتيلن (تبديل ACC به اتيلن) چندين واكنش كاتاليزوري-آنزيمي (enzyme-catalyzed) حادث مي شوند ولي آنزيم هايي كه اين عمل را انجام مي دهند ، هنوز جداسازي نگرديده اند و بطور كلي به "EFE" يا "آنزيم هاي شكل دهنده اتيلن" (ethylene forming enzyme) مشهورند . بمرور تحقيقات با وجود بسياري از محدوديت ها در مورد تبديل ACC به اتيلن با شدت زيادي انجام گرفت . متيونين به مقدار كم و تقريباً با غلظت ثابتي در آن تعداد از بافت هاي گياهي كه مقدار زيادي اتيلن توليد مي نمايند و همچنين در ميوه هاي رسيده يافت گرديد و بدينگونه متيونين بعنوان اوّلين پيش ماده اتيلن در گياهان آلي معرفي گرديد . به اثبات رسيد ، بافت هايي كه نسبت هاي بالايي از اتيلن توليد مي نمايند به عرضه مداوم متيونين نياز دارند و اين عرضه به كمك حركت چرخه اي متيونين تأمين مي گردد .

--- پژوهش ها نشاندادند كه هيچگاه تمامي ACC موجود در بافت هاي گياهي به اتيلن تبديل نمي شوند و ACC مي تواند به تركيبات غير فعال "N-مالونيل ACC" (N-malonyl ACC) نيز تبديل شود . اين واكنش برگشت ناپذير مي باشد و ماده حاصله در بافت هاي گياهي تجمع مي يابد . از آنجايي كه "N- مالونيل ACC" نمي تواند به اتيلن تبديل شود لذا احتمال مي رود كه توليد آن نقش مهمّي در كنترل بيوسنتز اتيلن از طريق ممانعت از توليد آن داشته باشد .

--- كاتابوليسم اتيلن با عرضه اتيلن نشاندار در بافت هاي گياهي و دنبال كردن تركيبات راديوآكتيو مطالعه شد . دي اكسيد كربن ، اكسيد اتيلن ، گليكول اتيلن (ethylene glycol) و قندي كه در توليد "گليكول اتيلن" مصرف مي شوند ، بعنوان تركيبات تجزيه شونده متابوليكي اتيلن شناسايي گرديده اند . نقش هاي احتمالي براي كاتابوليسم اتيلن شامل : كاهش فعاليت اتيلن در بافت ها ، اكسيداسيون اتيلن در دريافت كننده ها يا محل هاي اتصال كه نياز به عمل اتيلن دارند و افزايش حساسيت بافتي كه سبب اكسيداسيون اتيلن مي شوند (Beyer-1984).

تنش هاي محيطي و اكسين هاي افزايش دهنده بيوسنتز اتيلن :

---بيوسنتز اتيلن بوسيله چند فاكتور نظير : نحوه توسعه ، شرايط محيطي ، ساير هورمون هاي گياهي از جمله اُكسين (Auxins) و صدمات مكانيكي و شيميايي تحريك مي شود . اكسين سبب توليد اتيلن مي شود . در بعضي مواقع اكسين ها و اتيلن مي توانند سبب واكنش هاي گياهي مشابهي نظير تحريك گلدهي (گل انگيزي) آناناس و جلوگيري از طويل شدن ساقه گردند (Abeles-1973) كه اين واكنش ممكن است ناشي از توانايي اكسين در بالا بردن سنتز اتيلن بوسيله افزايش تبديل SAM به ACC باشد .

--- مشاهدات نشان مي دهند كه برخي اثراتي كه به اكسين ربط داده مي شوند ، در حقيقت ناشي از توليد اتيلن هستند و در اثر مصرف اكسين ايجاد مي شوند . بازدارنده هاي سنتز پروتئين توسط سنتز ACC و اكسين كه سبب توليد اتيلن مي شوند ، بلوكه مي شوند . مشخص شده است كه "ACC سنتاز" سبب ايجاد واكنش هايي مي شود كه تا حد قابل توجهي توليد اتيلن را بالا مي برد (Maseki-1982).

رسيدگي ميوه (fruit ripening) :

--- رسيدگي ميوه يكي از مهمترين مطالعات فرآيند توسعه منظم ناشي از اتيلن است . ميزان اتيلن و ACC در بافت هاي گياهي ، بيوسنتز اتيلن و EFE همگي بطور چشمگيري در ميوه هاي بالغ افزايش مي يابند . استفاده از ACC در ميوه هاي نارس فقط به مقدار كمي بر توليد اتيلن مي افزايد و نشان مي دهد كه افزايش در فعاليت EFE مرحله اي بحراني در رسيدگي ميوه ها است (Yang-1987).

تنش ها (Stress) :

--- تنش ها سبب افزايش اتيلن مي شوند . بروز شرايط تنش نظير : خشكي ، غرقابي ، سرما و صدمات مكانيكي باعث افزايش بيوسنتز اتيلن مي گردند . در تمام اين حالات اتيلن از طريق مسير بيوسنتزي كه مهمترين واكنش آن تبديل SAM به ACC است ، افزايش مي يابد . اين واكنش ها به عكس العمل هايي نظير : ريزش ، پيري ، صدمات مكانيكي ، افزايش مقاومت به بيماري ها مي باشند .

--- در سال هاي اخير ميزان mRNA  كد كنندة "ACC سنتاز" در كدوي سبز (cucurbita pepo) اندازه گيري شده است و در تكنيك هاي ساخت مجدد DNA مورد استفاده قرار مي گيرد (Sato-1989). مقدار mRNA مرتبط با "ACCسنتاز" در ميوه هايي كه با صدمات مكانيكي و IAA تيمار شده اند ، افزايش مي يابد . بهرحال افزايش mRNA مرتبط با "ACC سنتاز" سبب بالا بردن سرعت نسخه برداري و يا كاهش سرعت برگشت آن مي شود .

بازدارنده هاي ويژه توليد اتيلن و اثراتش :

--- بازدارنده هاي سنتز و عمل اتيلن براي مطالعه مسير بيوسنتزي و نقش فيزيولوژيكي آن قابل توجه مي باشند . بازدارنده ها در زماني كه تشخيص بين هورمون هاي مختلف با اثر يكسان در بافت هاي گياهي و يا هنگامي كه بر سنتز يا عمل هورمون هاي متفاوت مطالعه مي شود ،اهميت بسياري مي يابند . اتيلن همانند اكسين در غلظت هاي بالا سبب جلوگيري از رشد و "اپيناستي" (خميدگي برگ ها به طرف پائين) مي شود . از بازدارنده هاي ويژه بيوسنتز و عمل اتيلن جهت تشخيص بين نقش اكسين و اتيلن استفاده مي شود .

--- مطالعات نشاندادند كه اتيلن يك تأثيرگذار اوليه است و اكسين بطور غير مستقيم از طريق افزايش سوبسترات براي توليد اتيلن تأثير مي گذارد . ثابت شده است كه موادي چون "آمينو اتوكسي وينيل گليسين" (AVG = amino ethoxy vinylglycine) و "آمينو اكسي استيك اسيد" (AOA = amino oxy acetic acid) تبديل SAM به ACC را بلوكه مي نمايند . AVG و AOA هنگامي بعنوان يك بازدارنده آنزيمي عمل مي كنند كه از “كوفاكتور پيريدوكسال فسفات " (Cofactor pyridoxal phosphate) استفاده شود و احتمال مي رود كه "ACC سنتاز" يك آنزيم "پيريدوكسال فسفات" باشد .

--- كبالت نيز اثر بازدارندگي در بيوسنتز اتيلن دارد و باعث بلوكه شدن تبديل ACC به اتيلن در مراحل انتهايي مي گردد. بيشترين اثر بازدارندگي مربوط به بازدارنده هاي ويژه اتيلن هستند . يون نقره بصورت AgNo3 يا "تيوسولفات نقره" بازدارنده اي قوي براي عمل اتيلن مي باشد . نقره خيلي اختصاصي عمل مي نمايد و اثر بازدارندگي آن با هيچ نوع يون فلزي ديگر قابل مقايسه نيست . باوجوديكه اثر بازدارندگي CO2 نسبت به Ag+ كمتر است ولي غلظت هاي بالاتر CO2 از 10- 5 درصد اثر بازدارندگي زيادي در توليد اتيلن دارند و بطور مشابهي در رسيدگي ميوه ها اثر مي گذارد . اثر گذاري CO2 اغلب در انبار كردن ميوه ها تحت شرايط غلظت بالاي CO2 براي تأخيربخشي رسيدگي آنها كاربرد يافته است . غلظت بالاي CO2 كه براي بازدارندگي الزامي است ، با آنچه كه CO2 بعنوان يك بازدارنده اتيلن در شرايط طبيعي انجام مي دهد ، تفاوت دارد .

زيست سنجي و كروماتوگرافي اتيلن :

--- واكنش سه گانه گياهچه هاي نخود فرنگي كه در شرايط تاريكي رشد مي يابند (Nelijubow-1901) هنوز بعنوان يك زيست سنجي مطمئن جهت بررسي اثرات اتيلن محسوب مي شود زيرا اثر آن اختصاصي و در غلظت هاي پائين و سريع مي باشد . هنگامي كه بافت هاي گياهي در معرض غلظت هاي مختلف اتيلن (حدود 1/0 ميكروليتر در ليتر) در محيط بسته قرار گيرند ، از طويل شدن ساقه ها جلوگيري مي شود ، رشد قطري از طريق متورّم شدن افزايش مي پذيرد و رشد افقي "اپي كوتيل" را سبب مي شود وليكن شدت واكنش متناسب با غلظت اتيلن موجود در نمونه مي باشد . غلظت واقعي بوسيله مقايسه واكنش نمونه با بافتي كه در معرض مقدار مشخصي از اتيلن قرار مي گيرد ، تعيين مي شود .

--- اپيناستي و همچنين ريزش برگ هاي گوجه فرنگي نوع ديگري از زيست سنجي اثرات اتيلن است امّا اين سنجش ها حساسيت كمتري نسبت به واكنش سه گانه گياهچه هاي نخودفرنگي دارند . از طريق همه اين زيست سنجي ها بصورت ظاهري به وجود اتيلن پي مي برند ولي هيچكدام از آنها قادر به تعيين دامنه اي از غلظت اتيلن نمي باشند و تعيين كميّت اتيلن تنها بوسيله كروماتوگرافي گازي امكان پذير است .

كروماتوگرافي گازي (Gas chromatography) :

--- كروماتوگرافي گازي يكي از حساس ترين و دقيق ترين روش هاي تشخيص اتيلن است بطوريكه مقدار 5 پي پي بي (ppb) از اتيلن را مي تواند تشخيص دهد درحاليكه زمان مورد نياز براي تجزيه اتيلن را به 4-1 دقيقه مي رساند . هنگامي كه اتيلن توليدي توسط بافت گياهي در آمپول هاي سربسته اي تجمع مي يابد و توسط يك سرنگ كشيده مي شود آنگاه نمونه وارد كروماتوگرافي گازي ستوني مي شود كه گازهاي مختلف توسط شعله اي مي سوزند و شاخص يونيزاسيون آنها مشخص مي گردد . بدين طريق مقدار اتيلن را بطور خيلي دقيق مي توان تعيين نمود .

اثرات اتيلن :

 --- مشخص شده است كه اتيلن اثرات زيادي بر جنين ها و اندام هاي مختلف گياهان دارد .

رسيدگي ميوه ها :

--- اتيلن از سال ها قبل بعنوان هورموني كه رسيدگي ميوه ها را شدت مي بخشد ، شناخته شده بود بعلاوه مشخص بود كه حضور اتيلن در ميوه ها به رسيدگي آنها شتاب مي دهد . تحريك در افزايش توليد اتيلن همبستگي نزديكي با آغاز رسيدگي دارد . بازدارنده هاي (inhibitors) بيوسنتز اتيلن مثل AVG و يا ممانعت كننده هاي اثرگذاري اتيلن نظير Ag+ و CO2 رسيدگي را به تأخير مي اندازند و يا حتي قادرند از رسيدگي ميوه ها جلوگيري نمايند . همه اين مشاهدات مشخص مي كنند كه اتيلن نقش اصلي در كنترل رسيدگي ميوه ها دارد . رسيدگي در بسياري از ميوه ها بوسيله بالا رفتن تنفس "كليماكتريك" (climacteric) و ميزان توليد اتيلن مشخص مي شود . ميوه هايي نظير : سيب ، موز ، آواكادو و گوجه فرنگي مثال هايي از ميوه هاي "كليماكتريك" هستند . اين ميوه ها قادرند در شرايط انبارداري پس از برداشت به مرحله رسيدگي كامل برسند . در عوض ميوه هايي مثل : انگور و مركبات نمي توانند هيچگونه افزايش تنفس و توليد اتيلن را از خود نشان دهند لذا به ميوه هاي "غير كليماكتريك" مشهورند .  

--- هنگامي كه ميوه هاي نارس "كليماكتريك" با اتيلن تيمار مي شوند ، بلافاصله تنفس "كليماكتريكي" افزايش مي پذيرد (Yang-1987). همچنين هنگامي كه ميوه هاي "غير كليماكتريك" بصورت مشابهي تيمار مي گردند ، بر مقدار تنفس آنها نيز افزوده مي شود كه آن تابع غلظت اتيلن است امّا اين تيمارها نمي توانند اتيلن كافي توليد نمايند لذا قادر به پيشبرد فرآيند رسيدگي ميوه ها نيستند . اتيلن نقش زيادي در رسيدگي ميوه هاي "كليماكتريك" وابسته به هدف كه همانا رسيدگي يكنواخت و يا تأخير در رسيدگي آنها دارد .

ريزش :

--- فرو افتادن برگ ها ، ميوه ها ، گل ها و ساير اندام هاي گياهي را "ريزش" (abscission) مي گويند . فرآيند ريزش در منطقه اي از لايه هاي سلولي ويژه انجام مي گيرد كه "لايه جدا كننده" ناميده مي شود و تحولات عديده مورفولوژيكي و بيولوژيكي در ضمن توسعه آن صورت مي پذيرند . ضعيف شدن لايه جدا كننده وابسته به آنزيم هاي شل كنندة ديواره سلولي نظير "سلولاز" (cellulose) و "پلي گالاكتروناز" (polygalacturonase) مي باشد . ظهور اتيلن بعنوان تنظيم كننده اوليه در فرآيند ريزش با عمل اكسين بعنوان ممانعت كننده اثر اتيلن همراه است . محققين (مورگان- 1984) مدلي براي كنترل هورمون هاي لايه جداكننده برگ بيان كرده اند كه اين فرآيند را در سه بخش مجزا و متوالي بشرح زير توضيح مي دهد :

1- مرحله حفظ برگ ها (leaf maintenance phase) :

اين مرحله قبل از دريافت هر گونه علامتي (داخلي يا خارجي) با آغاز فرآيندهاي ريزش همراه مي باشد و برگ ها در طي آن كاملاً سالم و فعال بر روي گياه باقي مي مانند .

2- مرحله آغاز جداسازي (shedding induction phase) :

در اين مرحله علائم ريزش دريافت مي گردند و بصورت پيامي نظير تغيير در سرعت سنتز هورمون ها به برگ ها انتقال مي يابند .

3- مرحله ريزش (shedding phase) :

ريزش واقعي در اين مرحله انجام مي گيرد و فرآيندهاي شيميايي ، فيزيولوژيكي و آناتوميك وقوع مي يابند كه در نهايت منجر به ريزش مي شوند . 

هورمون اكسين در ضمن مرحلة اول كه برگ ها نگهداري مي شوند ، با جلوگيري از ساخت آنزيم هاي "هيدروليتيك" (hydrolytic enzymes) لاية جداكننده از ريزش آنها جلوگيري مي كنند . از مدت ها قبل دانسته شده است كه حذف پهنك برگ (محل توليد اكسين) باعث تسريع ريزش دمبرگ مي شود . استفاده از اكسين در دمبرگ هايي كه پهنك آن حذف شده اند به تأخير فرآيند ريزش مي انجامند .

در مرحله دوّم از ميزان اكسين كاسته مي شود ولي ميزان اتيلن افزايش مي يابد . ظهور اتيلن بهمراه كاهش فعاليت اكسين با كاهش سنتز ، انتقال و افزايش انهدام آن همراه مي شود . كاهش در غلظت اكسين آزاد حساسيت ويژه سلول هاي هدف را به اتيلن افزايش مي دهد . در سلول هاي هدفي كه در منطقه ريزش قرار دارند ، "باد-كيسه هاي سيتوپلاسمي" (cytoplasmic vesicles) مچاله مي شوند و به داخل ديوارة سلولي تخليه مي گردند و با "سلولاز سنتاز" تركيب مي يابند .

مرحله سوّم بوسيله تحريك ژن هاي كد شده مخصوص آنزيم هاي هيدروليتيك "پلي ساكاريدهاي" ديواره سلولي و پروتئين ها مشخص مي شود . اين آنزيم ها باعث شل شدن ديواره سلولي از طريق تشكيل لاية جدا كننده و سرانجام ريزش مي شوند .

"اپيناستي" :

--- خميدگي برگ ها به سمت زمين زماني ايجاد مي شود كه سمت بالاي (نزديك محور) دمبرگ ها داراي رشد سريعتري نسبت به سمت پائين (دور از محور) آنها باشد كه به "اپيناستي" (epinasty) موسوم است . اثبات شده است كه اتيلن و غلظت بالاي هورمون اكسين سبب بروز "اپيناستي" مي باشند . امروزه مشخص است كه عمل اكسين بطور غير مستقيم باعث توليد اتيلن مي گردد درحاليكه وضعيت غرقابي (flooding يا waterlogging) با ايجاد وضعيت بي هوازي در اطراف ريشه هاي گوجه فرنگي باعث بالا رفتن سنتز اتيلن در اندام هاي هوايي و ايجاد وضعيت اپيناستي مي شود .

--- زماني كه تحريك كننده هاي محيطي بوسيله ريشه ها تحريك مي شوند و پاسخ آن در اندام هوايي ظاهر مي شود ، علامتي از ريشه به ساقه ارسال مي گردد كه اين علامت همان ACC يعني پيش ماده حدواسط توليد اتيلن است (Bradford-1980). ميزان ACC بصورت معني دار در عصاره آوندها بعد از غرقاب ريشه ها افزايش مي يابد و ميزان اتيلن درطي مدت 3-2 روز بالا مي رود . از آنجائيكه آب در حالت غرقاب باعث پر شدن فضاهاي خالي خاك مي شود و انتشار اكسيژن در سرتاسر ناحيه غرقاب به كندي صورت مي پذيرد ، نتيجتاً غلظت اكسيژن در اطراف ريشه هاي غرقابي به شدت كاهش مي يابد .

--- بالا رفتن توليد اتيلن بعلت تجمع ACC در ريشه ها تحت شرايط بي هوازي ايجاد مي شود . تبديل ACC به اتيلن نياز به اكسيژن دارد و ACC تجمع يافته از ريشه هاي منطقه بي هوازي به ساقه ها انتقال مي يابد سپس به آساني به اتيلن تبديل مي گردد .

رشد گياهچه :

--- الگوي رشد گياهچه ها (seedling growth) در غلظت هاي بالاتر اتيلن (1/0 ميكروگرم در ليتر) بوسيله كاهش سرعت طويل شدن و افزايش توسعه جانبي دنبال مي گردد و سبب تورّم منطقه زير قلاب مي شود . اين واكنش به اتيلن در رشد اندام هاي هوايي اكثر دولپه اي ها و كلئوپتيل و مزوكوتيل گياهچه هاي گرامينه ها نظير يولاف و گندم عموميت دارد . در واقع اتيلن باعث ممانعت از طويل شدن و افزايش رشد جانبي سلول هاي گياهان مي شود .

--- رشد افقي مشخص كه بعد از در معرض اتيلن بودن حادث مي شود ، ممكن است نقش مهمّي در طول جوانه زني داشته باشد . هنگامي كه موانع فيزيولوژيكي در زمين از سبز شدن گياهچه ها جلوگيري مي نمايند ، توليد اتيلن سبب رشد افقي آنها مي شود و اجازه مي دهد تا گياهچه ها شرايطي را پيدا نمايند كه بتوانند در سطح خاك جوانه بزنند .

باز شدن قلاب :  

--- گياهچه هايي كه در تاريكي رشد مي يابند ، معمولاً داراي شكل قلاب مانندي در بخش انتهايي نوك ساقه هستند . اين حالت براحتي در سطح زمين تغيير شكل مي يابد و سبب حفاظت مريستم حساس انتهايي مي شود .  بسته و باز شدن قلاب (hook opening) مشابه اپيناستي در اثر رشد نامتفاوتي است كه بوسيله اتيلن ايجاد مي شود . بدين معني كه حالت قلاب مانند نتيجه رشد سريعتر بخش بيروني در مقايسه با قسمت داخلي آن مي باشد . هنگامي كه قلاب در معرض نور قرار مي گيرد ، بعلت اينكه سرعت رشد آن ها در قسمت داخلي افزايش مي يابد ، باز مي گردد . نور قرمز سبب باز شدن قلاب و نور مادون قرمز (far-red) از باز شدنش جلوگيري مي نمايد . مشخص شده كه فيتوكروم در اين فرآيند نور را دريافت مي نمايد . همبستگي نزديكي بين فيتوكروم و كنترل اتيلن در باز شدن قلاب وجود دارد . در مدت زماني كه اتيلن در بافت هاي قلاب ضمن شرايط تاريكي توليد مي شود ، از رشد سلول هاي طرف داخل ممانعت بعمل مي آيد . نور قرمز از تشكيل اتيلن جلوگيري مي كند و رشد قسمت داخلي را افزايش مي دهد و بدين طريق قلاب باز مي شود .

خواب بذر و جوانه زني :

--- هنگامي كه در مورد بذور غلات از اتيلن استفاده مي شود ، عملاً باعث شكستن دوره خواب بذور (seed dormancy)  مذكور و آغاز جوانه زني آنها مي گردد . مسلم شده است كه توليد اتيلن و جوانه زني در بادام زميني بطور كامل به همديگر مرتبطند . بعلاوه اثر اتيلن در نابودي خواب دانه ها باعث افزايش سرعت جوانه زني بذور در چندين گونه شده است . خواب جوانه (bud dormancy) نيز ممكن است بوسيله توليد يا تيمار اتيلن شكسته شود آنچنانكه امروزه از  اتيلن براي افزايش سبز شدن غده هاي سيب زميني و پياز بهره مي گيرند .

افزايش رشد :

--- اتيلن در چند گونه از تك لپه اي ها مانند برنج مي تواند بعنوان افزايش دهنده طول ساقه ها كه اثر متضادي با خاصيت بازدارندگي عمومي آن در اكثر گياهچه ها دارد ، مورد استفاده قرار گيرد . قرار دادن گياهچه هاي برنج در معرض اتيلن با شرايط غرقابي كه باعث ايجاد محيط بي هوازي مي شود ، افزايش رشد (growth promotion) شديدي در ميانگره ها ايجاد مي كند . در غياب اكسيژن از تجزيه اتيلن كاسته مي شود و بدين ترتيب گياهان غرقاب شدة برنج در معرض غلظت بيشتري از اتيلن واقع مي گردند كه باعث طويل شدن ساقه ها مي شود ،.        

تلقيح ريشه زايي :

--- اتيلن قادر است سبب القاء تشكيل ريشه ها (root induction) در برگ ها ، ساقه هاي معمولي و گل دهنده و حتي ريشه ها شود وليكن اين واكنش ها به غلظت غير معمولي و بالايي از اتيلن (10 ميكروليتر در ليتر) نياز دارند .

گلدهي :

--- اتيلن در بعضي گونه ها از گلدهي (flowering) جلوگيري مي نمايد درحاليكه سبب "گل انگيزي" در آناناس مي شود و در همزماني گلدهي درختان ميوه باغات وسيع كاربرد تجارتي يافته است . در گياهاني كه گل هاي نر و ماده آنها جدا باشند ، اتيلن ممكن است جنسيت گل ها را عوض نمايد چنانكه تشكيل گل هاي ماده در خيار مثالي از آن جمله است .

پيري برگ ها و گل ها :

--- برگ ها در شروع پيري گل ها به افزايش اتيلن كمك مي كنند و بدين طريق بطور معني داري با آزادسازي ممانعت كننده هاي سنتز اتيلن (AVG و CO2) و يا جلوگيري از عمل اتيلن (Ag+ و CO2) باعث تأخير در بروز پيري گل ها و برگ ها مي شوند . بعلاوه افزايش اتيلن با كاهش كلروفيل و ظهور رنگ پريدگي (color falling) كه مشخص كننده پيرشدن برگ ها و گل ها است ، مرتبط مي باشد.

مكانيزم ناشناخته عمل اتيلن :

--- در سيستم هاي حيواني براي بروز واكنش به هورمون ها الزاماً دريافت كننده هاي هورموني ويژه اي در بافت هاي هدف حضور دارند لذا چنين اجباري سبب بروز يكسري از واكنش ها مي گردد كه منجر به پاسخ فيزيولوژيك مناسب خواهد شد . مطالعات عديده در مورد عمل اتيلن منجر به ارائه فرضيه اي شد كه براساس آن اتيلن اثرمتقابلي با دريافت كننده هايي دارد كه داراي يون مس و يا روي هستند (Beyer-1976) . تركيب شونده ها با اتيلن در سيستم عاري از سلول ايزوله شده از لپه هاي لوبيا مطالعه شدند . آنها بعد از تيمار شدن با اتيلني كه كربن 14 داشت ، پيوندهاي شيميايي حاوي مواد راديواكتيو را در دستگاه گلژي (Colgybody) و يا شبكه اندوپلاسميك (endoplasmic reticulum) خويش تشكيل دادند (Bengochoa-1980).

دريافت كننده ها مراكزي پايدار هستند كه بوسيله آنزيم هاي پروتئوليتيك ممانعت مي شوند و گمان مي رود كه دريافت كننده هاي هورموني مشتقي از عناصر پروتئيني باشند . شواهد شيميايي نشان مي دهند كه دريافت كننده هايي كه اتيلن را دريافت مي نمايند ، يكنوع پروتئين حاوي مس هستند كه با اتيلن وارد عمل اكسيداسيون مي شوند . مدلي از عمل اتيلن ممكن است با تبديل آن به محصولات اكسيداسيون اتيلن و "گليكول اتيلن" مرتبط باشد . با وجود اينكه مدارك مستندي براي اثبات اين نظريه وجود دارد وليكن قابل اعتماد كامل نيست .  

--- رسيدگي ميوه ها پيچيده ترين فرآيند تنظيم كنندگي توسط اتيلن است . رسيدگي (ripping) شامل يكسري از تحولات متابوليكي مي باشد كه سبب تغييراتي در بافت و رنگ ميوه ها و گل ها مي گردند .آنچنانكه اين تغييرات متابوليكي نهايتاً به پيري ميوه ها مي انجامند . برخي دگرگوني ها در "كدهاي ژني" به همراه تغييرات مورفولوژيكي و بيوشيميايي كه سبب فرآيند رسيدگي مي شوند ، بوقوع مي پيوندند (Kende-1981).

--- نرم شدن ديواره سلول ها مرتبط به رسيدگي با افزايش فعاليت آنزيم هاي سلولاز و "پلي گالاكتاز" كه كاتاليزور تجزيه سلولز و پكتين يعني جزء اصلي ديواره سلولي همراه مي باشد . تحقيقات نشان مي دهند كه اتيلن در طول رسيدگي ميوه "آواكادو" و گوجه فرنگي سبب تجمع سلولاز و mRNAs "پلي گالاكتوناز" مي شود (Christoffersen-1984). مشاهدات نشاندادند كه اتيلن نسخه برداري از كدهاي ژني آنزيم هاي هضم كننده ديواره سلولي را تنظيم مي كند. امروزه درك چگونگي تنظيم كردن رمز ژني توسط اتيلن از پروژه هاي فعال تحقيقاتي پژوهندگان است .

كاربردهاي تجارتي اتيلن :

--- از آنجائيكه اتيلن تعداد زيادي از فرآيندهاي فيزيولوژيكي توسعه گياهي را تنظيم مي نمايد ، يكي از پُر مصرف ترين هورمون هاي گياهي در كشاورزي محسوب مي شود . اكسين و ACC مي توانند سبب بيوسنتز طبيعي اتيلن شوند لذا قادرند در برخي موارد بصورت عملي در كشاورزي مصرف گردند . از آنجائيكه سرعت پراكنش اتيلن زياد است لذا كاربرد اتيلن را در مزارع بصورت گاز مشكل مي سازد امّا اين محدوديت مي تواند با استفاده از تركيبات آزاد كننده اتيلن رفع شود . پُر مصرف ترين تركيب اتيلن در كشاورزي عبارت از "اتفون" (Ethephon) با فرمول  "2-كلرواتيلن فسفونيك اسيد" مي باشد كه در دهه 1960 ميلادي كشف شد و با نام تجارتي "اترل" (Ethrel) مشهور گرديد . اتفون بصورت محلول با آب پاشيده مي شود و سريعاً جذب مي گردد پس آنگاه در داخل گياه انتقال مي يابد . اتفون طي واكنش هاي شيميايي اتيلن آزاد مي سازد و اجازه مي دهد تا اثرات هورموني اتيلن اعمال شوند .

--- كاربرد اتفون بر ميزان رسيدگي ميوه هاي سيب و گوجه فرنگي مي افزايد و  "سبز زدايي" (degreening) از سطح ميوه مركبات ، همزماني در گلدهي و توليد ميوه (fruitset) در آناناس و تسريع در لايه جداكننده گل ها و ميوه ها را باعث مي گردد . استفاده از آن سبب تنك شدن ميوه ها از جمله ريزش غوزه هاي مازاد پنبه و ميوه هاي اضافي گيلاس و گردو مي شود . از اتفون همچنين براي افزايش ميزان گل هاي ماده بوته هاي خيار ، جلوگيري از خودگشني (self-pollination) بمنظور افزايش عملكرد ، ممانعت از رشد انتهايي در برخي گونه هاي گياهي به منظور افزايش رشد جانبي و همچنين ايجاد گلدهي فشرده (compact flower)استفاده مي شود .

--- با جلوگيري از توليد اتيلن در انبارهاي ميوه مي توان دوره انبارداري آنها را افزايش داد و بدينگونه در غلظت هاي پائين اكسيژن و درجه حرارت هاي كم از بيوسنتز اتيلن جلوگيري كرد . غلظت نسبتاً بالايي از CO2 يعني 5-3 درصد مي تواند از اثرگذاري اتيلن بكاهد و نتيجتاً از رسيدگي ميوه ها جلوگيري كند . معمولاً از فشار پائين براي حذف اتيلن و اكسيژن در اطاقك هاي انباري استفاده مي شود كه سرعت رسيدگي را كاهش مي دهد و از رسيدگي بيشتر ميوه ها جلوگيري مي كند .

--- از بازدارنده هاي ويژه بيوسنتز و عمل اتيلن در نگهداري ميوه ها بعد از برداشت استفاده مي شود . مواد حاوي يون  نقره (Ag+) استفاده زيادي در افزايش طول عمر شاخه هاي بريده شدة ميخك و برخي ديگر از گل هاي مشابه دارد . بازدارنده هاي قوي AVG سبب تأخير در  رسيدگي ميوه ها و موجب رنگ پريدگي گل ها مي شوند امّا تاكنون با استفاده تجاري آن بعنوان عامل تنظيم كننده (regulatory agencies) واكنش هاي گياهان موافقت نشده است .

منبع :

Taiz , L & et al – 1991 – Plant physiology – The Benjamin/cummings publishing company , Inc. 390 Bridge parkway Redwood city California .