زراعت، اصلاح نباتات، علوم و تکنولوژی بذر

تعریف بذر: بذر یكی از نهاده هاست و مصارف گوناگون دارد. یكی از مهمترین كاربردهای بذر استفاده از آن برای تكثیر است. محاسن بذر: با انتخاب بذر منایب و خوب كشاورز بدون پرداخت هزینه های كافی به حداكثر عملكرد خواهد رسید.درصورت انتخاب بذر نامناسب حتی با صرف انرژی و نهاده های دیگر به مقدار زیاد باز هم نتیجه مطلوب از زراعت گرفته نمیشود.

تعاریف مختلف بذر :

در نظر گیاهاشناسان بذر یك گیاه كوچك رشد نكرده است.

در نظر زیست شناسان بذر تخمك رسیده و بارور است.

از نظر كشاورزان بذر به هر اندامی از گیاه اتلاق می گردد كه در صورت كاشته شدن در زمین بتواند گیاهی مشابه با پایه مادری را تولید كند.

كاملترین تعریف: انجمن بین المللی آزمون بذر(ایستا)؛: بذر پرچمدار نسل بعدی در گیاهان رسیده می باشد.

انواع بذر:به اشكال مختلفی دیده می شود:

بذور جنسی:بذر واقعی مثل اغلب حبوبات (لوبیا- ماش و ....) میوه مثل اكثر غلات (گندم- جو – برنج چون پوسته میوه در زمان رسیدن میوه باز نمی شود.) میوه مركب مثل بذر پلی ژرم چغندرقند . مغز بذر همراه با قسمتی از پژسته باشند مثل بذر اسپرس

بذور غیرجنسی : :

ریشه+ غده+ طوقه مثل چغندر در سال دوم برای بذرگیری

غده مثل سیب زمینی

ساقه مثل نیشكر

ساقه زیرزمینی مثل مرغ

بنه مثل زعفران. بنه ساقه زیرزمینی توپرفلس دار بند بند

پیاز مثل پیاز

موارد مصرف بذر: تامین كننده غذای انسانها و دام – ازدیاد نباتplant propagation- موارد مصرف دیگر تهیه نوشابه سازی- پوشاك – تهیه داروها – صنایع غذائی

روشهای ازدیاد :

تكثیر جنسی: sexual propagation

به روشی از تكثیر گیاه اتلاق می گردد كه با تقسیم میوز و تشكیل گامتهای جنسی شروع می شود.با تركیب این گامتها و تشكیل سلول تخم ادامه می یابد. بذر حاصله از این روش ازدیادی مزیتهای زیادی نسبت به سایر روشهای تكثیر خواهد داشت . كه این مزیتها عبارتند از:

1) تولید ژنوتیپهای جدید: این مساله ژنوتیپهای جدید در هنگام لقاح هم همچنان شدت می یابد. بنابراین در تولید نسل آینده با یك سری از ژنوتیپهای جدید مواجه می شویم. این مساله یك شرایط گریز در موقعیتهای نامناسب است. افراد برتر باقی مانده و افراد ضعیف از بین می روند. در شرایط مختلف و سخت تمام گیاهان از بین نمیروند. این یك مكانیسم تكامل یافته است.

2) امكان نگهداری بذر برای مدت طولانی به دلیل خشك شدن بذر.در زمان مناسب برای تكثیر پایه جدید از آن استفاده می كنیم. در صورتی كه در روش غیرجنسی مدت زیادی نمیتوان در غله نگهداری كرد.3) امكان انتقال بیماری های ویروسی در این روش وجود ندارد. تكامل یافته ترین روش و بهترین و كم هزینه ترین روش همین روش است.فاكتورهای موثر در طول عمر بذر:ژنوتیپ و محیط كه شامل درجه حرارت و رطوبت است.

تكثیر غیر جنسی: asexual propagation

روش جنسی برای همه گیاهان جوابگو نیست. در تكثیر غیرجنسی با استفاده از یكی از روشهای زیر از یكی از اندامهای رویشی گیاه جهت تكثیر استفاده می كنیم. روشهای تكثیر غیرجنسی عبارتند از )قلمه زدنcutting 2) پیوند زدنgrafting 3) خوابانیدنlayering 4)تقسیمdivision 5) جداسازی separation

علل استفاده از روش غیر جنسی : : عدم تشكیل شدن دانه گرده (وجود ژن نرعقیمی) : وجود این ژن در بعضی گیاهان باعث عدم تولید دانه گرده و یا ناكارآمد بودن آن میشود. ناسازگاری بین دانه گرده و مادگی. در این حالت دانه های گرده قابلیت جوانه زنی را بر روی كلاله ندارند. البته درجات مختلفی از ناسازگاری وجود دارد. پلی پلوئیدی به خصوص آنهایی كه مضرب كروموزومی فرد دارند. چون نمی توانند میوز را انجام دهند.در میوز 1 كه همولوگها در حال جدا شدن هستند به دلیل فرد بودن تعداد كروموزومها ی ناجور جدا می شوند.

دورگه های بین دو گونه

بعضی گیاهان بذرشان در حال ركود طولانی مدت هستند.

3) تولید بذر غیر جنسی:apomixes

در این روش بذر بدون آنكه چرخه سلولی خود را طی كند می تواند از طریق تقسیم مستقیم یكی از سلولهای 2n كروموزومی پایه مادری تولید شود. این سلول 2n كروموزومی سلول مادر مگاسپور و یا یكی از سلولهای 2n كروموزومی بافت تخمدان گیاه مادری باشد.تقسیم فقط ازدیادی و از طریق كلون تولید بذر را خواهیم داشت. این روش حد واسط بین تولید بذر جنس و غیر جنسی است. به عنوان مثال ژنوتیپها همان ژنوتیپهای گیاه مادری است چون تقسیم میتوز است. بیماریهای ویروسی در این روش منتقل نمی شود اما نمیتوان بذور را برای طولانی مدت در غله نگهداری كرد.بكرزایی جزء این روش محسوب می شود.

 4) ریزازدیادی:micro propagation

عبارت است از ایجاد یك گیاه جدید در محیطی مصنوعی و عاری از عوامل بیماریزا از یك قسمت بسیار ریز گیاه مثل سلول – دانه گرده- بذر – دمبرگ – ساقه – نوك ساقه و یا نوك ریشه. كاربرد این روش بیشتر در اصلاح نباتات برای تولید گیاهان هاپلوئید بوده كه پس از دو برابر شدن كروموزومها با موادی مثل كلشی سین برای ایجاد گیاهان كاملا هموزیگوت به كار می رود.

فرآیندهای زایشی گیاهان:عمده فعالیتهایی كه در گیاه انجام می گیرد برای عمل زایش حول دو محور می تواند مورد بررسی قرار گیرد:

1) گل انگیزی:floral induction . به تغییرات فیزیولوژیكی اتلاق می گردد كه امكان نمو آغازی های زایشی را فراهم می كند. در اكثر گیاهان تغییرات روی مریستم هاست. در بعضی گیاهان باید مریستم فعال شوند.مریستم های زایشی یا باید از تغییر مریستمهای رویشی تولید شوند و یا قبلا به وجود آمده اند ولی باید فعال شوند.عواملی كه باعث بروز تغییرات فیزیولوژیكی بر روی مریستمهای زایشی می گردند عبارتند از :

درجه حرارت پایین (سرما- scarification )

تاثیر درجه حرارت پایین بر روی ترشح هورمون اكسین در مریستمهای زایشی گیاه برای تولید گلها می باشد. خیلی از گیاهان به این درجات حرارت واكنش نشان می دهند . مثل غلات زمستانه. درجات حرارتی حدود 0-5درجه سانتیگراد تا 8 درجه كاربرد دارد. این درجات حرارت به صورت تجمعی هم می توانند مورد استفاده قرار گیرتند . یعنی این طور نیست كه 0-5 برای 30 روز باشد و می شود برای 10 روز این درجه حرارتی را داشته باشیم و دوباره حرارت باا رود. اما این اثر باقی مانده تا دوباره سرما به وجود آید.در زمانی كه مریستم به وجود آمده و آماده پذیرش استرس است. در غلات در نیمه پنجه زنی كاربرد دارد. طول روز( طول مدت روشنایی) : در این حالت فیتوكرومها وارد عمل می شوند. اجزایی هستند در گیاه كه در عمل جذب نور دخالت می كند . منتهی كارشان با كلروفیلها تفاوت دارد. 3 فرایند جوانه زنی – رشد- مورفوژنز(تغییر ریخت گیاهی) تحت تاثیر نور هستند. فیتوكرومها در شرایط معمولی با Pr نشان داده می شود. این فیتوكرومها معمولا نور قرمز را دریافت می كند و حدود 660 نانومتر را جذب می كند.در هنگام جذب نور قرمز تدیل به فیتوكروم قرمز دور Pfr كه حالت غیرفعال فیتوكروم است . این پدیده در روز اتفاق می افتد. شبها حالت فعال پیدا می كند كه این فیتوكروم غیر فعال طول موج را با انرژی كمتر اما طول موج بیشتر پس می دهد. بسته به این كه در گیاه چه مقدارPfr و Pr وجود دارد گیاه روز بلند و روز كوتاه است.

هورمونها: بعضی از هورومونهای گیاهی یا مواد شبه هورمونی مثل نفتالیك اسید استیك- 2.4.D و هم خانواده های این تر كیبات در شروع فرایندهای زایشی در گیاهان مختلف نقش دارند . در مقابل بعضی از تركیبات نقش بازدارندگی در این رابطه دارند. مانند هیدروكسیك مالیك. این عوامل ترشح هورمون اكسین را باعث می شوند كه باعث می شود این تغییرات كم كم روی گیاه اتفاق بیفتد.

2) گل آغازی: floral initiation

پس از تاثیر فاكتورهای فوق بر روی مریستم های گیاه ظهور مورفولوژیكی حالت القا شده گل آغازی نامیده می شود.

ساختمان بذر : seed structure

هر بذر دارای چهار قسمت اصلی است كه شامل 1) پوششهای بذر كه در مجموع به آنها seat coats گویند 2) رویان (جنین) embryo 3) بافت ذخیره ای بذر (برگهای لپه ای) endosperm. در نهاندانگان می تواند آندوسپرم و لپه و در بازدانگان ممكن است گامتوفیت یا مگا گامتوفیت باشد.4) مواد شیمیایی كه ممكن است شامل انواع آنزیمها و هورمونهای مورد نیاز باشد كه جز مواد رشدی و نقش تنظیم كنندگی دارد.

پوششهای بذر: تمام پوششهای بذر وظایف خاص خود را دارند.

حفاظت فیزیكی از بذر. در برابر صدمات فیزیكی از اجزای داخلی بذر

در زمان جوانه زنی بسته به تركیب شیمیایی – ضخامت پوسته و تراوا بودن جذب آب است. اولین فرایند در عمل جوانه زنی چه در بذور مرده و چه در بذور زنده جذب آب است. بذرهایی كه زودتر جوانه می زنند تراواتر هستند.

كمك به پراكنش بذرها می كنند. خیلی از این پوسته ها دارای اندامكهایی هستند كه این اجزا می تواند باعث پراكنش بذر شوند. بعضی از بذور بالدار هستند و به وسیله جریان باد حركت می كنند. بذر بارهنگ دارای مواد چسبنده ای هستند كه در هنگام جذب آب متورم شده و حالت لعاب پیدا می كند.

انواع پوششهای بذر:

پوسته میوه pricarp

پوسته بذر testa كه شامل دو قسمت جزیی تر تستا ( پوسته خارجی بذر) و هیالین ( پوسته داخلی بذر) می باشد. این دو نوع پوسته میوه و بذر از دیواره تخمدان منشا می گیرد.

سایر پوسته ها: شامل آلرون است كه خارجی ترین قشر سلولهای بافت آندوسپرمی است كه حدود 7% وزن خشك كل بذر را تشكیل می دهد. این مقدار دارای 20 % چربی- 20%پروتئین- 20%مواد معدنی و 40 % بقیه مواد است.

غشای هیالین اهمیت خیلی زیادی در جلوگیری از نفوذ آب به بذر در زمان انبارداری دارد. بیشتر مواد موجود در این غشا از چربی ها می باشند. مواد رشدی و تنظیم كنندگی رشد هم در لایه آلرون واقع شده. عمده 20 درصد پروتئین مواد متابولیكی هستند چون هورمونها و تنظیم كننده ها از جنس پروتئین می باشند. وظایف لایه آلرون هم به عنوان تولید كنندگی مواد رشدی . صادر كننده مواد رشدی. و همچنین نقش واسطه بین آندوسپرم و جنین در زمان جوانه زنی دارد. سلولهای اسكوتلوم جزیی از آلرون هستند كه در بین جنین و بافت ذخیره ای قرار می گیرند كه گاهی اوقات به آن سپرچه هم می گویند.

جنین:

در اكثر بذور اندازه كوچكی دارد. حداكثر بذور با جنینهای درشت مقدارش حدود 12 درصد وزن كل ماده خشك . در بعضی بذور مثل غلات 3-1 درصد وزن كل خشك را داراست. معمولا در قاعده بذر قرار می گیرد. دارای یك محور است كه این محور از دو سمت رشد می كند. یك طرف آن تولید ریشه چه radicle و از سمت دیگر تولید ساقه چه hypocotyls می كند. از نظر اندازه جنین بذور به دو قسمت تقسیم می شوند: بذور آندوسپرمی و غیر آندوسپرمی . در بذور غیر آندوسپرمی كه بافت ذخیره ای بذر را لپه ها تشكیل می دهند به دلیل جذب این مواد به جنین قبل از بالغ شدن بذر اندازه جنین رشد زیادی می كند درصورتی كه در بذور آندوسپرمی جذب مواد ذخیره ای به جنین پس از بلوغ بذر و عمدتا در زمان جوانه زنی صورت می گیرد.بنابراین در زمان بلوغ اندازه جنین رشد زیادی نمی كند و در نتیجه كوچكتر هستند.

بافت ذخیره ای:

بافت ذخیره ای در نهاندانگان كه عمدتا شامل اندوسپرم و لپه می باشد حاصل لقاح مضاعف آنتروزوئید و هسته دوتایی می باشد. بنابراین از نظر كروموزومی سلولهای این بافت 3n كروموزومی بوده و عمدتا سلولهای درشتی می باشند . این سلولها تا قبل از انتقال مواد غذایی به آنها زنده می باشند ولی پس از رسوب مواد غذایی به داخل آنها حیات سلول از بین می رود . مقدار بافت ذخیره ای در بذور مختلف بین 85-60% می باشد. كمیت و كیفیت این مواد ذخیره ای دارای تاثیرات زیادی می باشد به طوری كه قدرت سبز شدن – اندازه گیاهچه – مقاومت بذر – ارزش تغذیه ای بذر به این بافت و مقدار آن بستگی دارد.

ضرورت اهمیت ها و ضرورت شناخت تركیبات شیمیایی بذور:

مورد استفاده غذایی انسان و دام

بسیاری از بذور مورد استفاده دارویی قرار می گیرند

بسیاری از بذور دارای آنتی متابولیتهایی هستند كه برای متابولیسم بدن انسان و دام مضر هستند.

بسیاری از این مواد بر رشد گیاه – جوانه زنی – بنیه بذر – طول عمر بذر- طول مدت انبارداری بذر موثر می باشد.

4) عوامل موثر بر كیفیت و كمیت تركیبات شیمیایی : : ژنتیكی: بذور مواد شیمیایی متفاوتی دارند. از نظر درصد پروتئین بذور مثل گندم و جو و برنج دارای كمیت كمتری هستند. از 10 درصد افزایش پیدا نخواهد كرد. گیاهانی هم وجود دارند كه حتی در هنگام فقر ازت درصد پروتئین بالایی دارند مثل حبوبات. برای چربی هم صدق می كند. لوبیا و ماش به ترتیب 2/0 و 8/0 چربی دارند در صورتی كه در بذور سورگوم- آفتابگردان – سویا – پنبه دانه درصد چربی بالای 30 درصد دارند. عوامل محیطی : شامل درجه حرارت- رطوبت – تراكم – فراهم بودن و قابل جذب بودن مواد غذایی. درجه حرارت و رطوبت دو فاكتور اصلی هستند . معمولا هر عاملی كه دوره رشد بذر را كاهش دهد باعث می شود درصد پروتئین افزایش و درصد نشاسته كاهش یاید. این قضیه به این دلیل است كه بسیاری عقیده دارند پروتئین اولین تركیبی است كه در حین پرشدن دانه با سرعت در دانه ها ذخیره می گردد. پروتئین با شدت و فشار بیشتری در ابتدای دوره پر می شود . در صورتی كه نشاسته بیشترین شدت خود را با كمی تاخیر انجام می دهد. هرگاه با استرس دمایی مواجه شویم این دوره پرشدن كوتاه شده و درصد نشاسته به مقدار بیشتری كاهش می یابد. با کاهش میزان رطوبت در بسیاری از بذوری که ماده ذخیره ای آنها نشاسته و پروتئین است به دلیل کوتاه شدن دوره دانه بندی باز هم نتایج بالا تکرار می شود. مثل اتفاقی که در گندم های دیم می افتد. مشکل اساسی در گندم های دیم خوزستان کمبود رطوبت در دوره رویشی نیست به این علت است که عمده بارندگی ها در قبل از دوره پر شدن دانه است. دلیل دوم برای کاهش درصد پروتئین طولانی شدن دوره دانه بندی نیست بلکه علت این است که ذخایر نیتروژن خاک توسط رطوبت شسته شده و به اعماق پایین تری از خاک نفوذ می کند. تاثیر درجه حرارت بر ترکیبات شیمیایی دانه سویا: دیده شده است بذوری که در 20 درجه سانتیگراد رسیده اند دارای 5/19 درصد چربی می باشند ولی بذوری از سویا که در درجه حرارت 30 درجه رسیده اند درصد چربی آنها حدود 23 درصد است. درصد پروتئین و چربی هم در سویا همچون گندم رابطه عکس وجود دارد. سویایی که زودتر کاشته می شود به دلیل اتین که دوره پر شدن دانه های آنها در هوای گرمتری اتفاق می افتد در صد چربی بالاتری دارد. با افزایش تراکم و کاهش فضای تغذیه ای سهم هر گیاه از مواد غذایی داخل خاک کمتر شده و کمیت ترکیبات شیمیایی در دانه کاهش می یابد.ذخایر غذایی در خاک و مقادیر این مواد و همچنین زمان استفاده از این ترکیبات غذایی می تواند تاثیرات مثبت ومنفی بر روی ترکیبات شیمیایی ذخیره ای داشته باشد.