بخشی از مقاله
چکیده
باروري جنس نر در گیاهان به تولید و قابلیت زیست دانه گرده بستگی دارد. تفاوت در تولید گرده با یک مشاهده ساده قابل ارزیابی است اما تشخیص قابلیت زیستی گرده کار دشوار و سختی است. جوانهزنی دانه گرده و رشد لوله گرده در گیاهان مختلف تحت تاثیر عوامل متعددي قرار میگیرد. زمینه ژنتیکی گیاه و شرایط محیطی از عوامل مهم در این زمینه هستند
این آزمایش به صورت فاکتوریل انجام شد و به بررسی تاثیر قندهاي مختلف و غلظتهاي مختلف پلی اتیلن گلیکول روي درصد جوانه زنی گرده گندم نان صورت گرفت. چهار تکرار براي هر تیمار قندي در نظر گرفته شد و هر تکرار شامل %0، 10%، 20%، 30% و %40 قند بود. نتایج نشان داد در بین قندهاي رافینوز، مانوز، دکستروزو مالتوز، مانوز در تمام تیمارها یک روند را در درصد جوانه زنی از خود نشان داد و داراي بالاترین درصد جوانه زنی در بین سایر قندها بود.
به طور کلی در تمام قندها تیمار %0 داراي بالاترین درصد جوانه زنی بود. همچنین در بین تیمارهاي %0، %9، %18، %27، %36 و 45% پلی اتیلن گلیکول، تیمار %18 بیشترین درصد جوانه زنی را نشان داد. افزایش میزان پلی اتیلن گلیکول اثر بازدارندگی بر جوانه زنی دانه گرده داشت. در کل نتایج آزمایش نشان داد که پلی اتیلن گلیکول یک عامل مهم در جوانه زنی دانه گرده گندم نان است که با استفاده میزان صحیح آن میتوان تا حد قابل توجهی درصد جوانه زنی را افزایش داد.
مقدمه
جوانه زنی و رشد لوله گرده نقش کلیدي در تولید مثل جنسی گیاه ایفا میکند. سرعت جوانه زنی دانه گرده و قدرت باوري آن اهمیت بسیاري در برنامه هاي بهنژادي دارد و عملکرد بذر تحت تاثیر آن قرار میگیرد. دانه گرده حاوي مواد بیوشیمیایی نظیر قند، نشاسته، چربی، اسید فیتیک و ام آر ان اي میباشد. این مواد در زمان جوانه زنی و رشد لوله گرده متابولیز شده و در این فرآیند نقش مهمی را ایفا میکنند. جوانه زنی و رشد لوله گرده تحت تاثیر عوامل درونی و بیرونی قرار میگیرد و این عوامل از گونه اي به گونه دیگر متفاوت میباشد. دانه گرده گونههاي مختلف براي جوانه زنی به رطوبت، کربوهیدرات، بور، کلسیم و در برخی مواقع دما و PH مناسب و همچنین آگار نیازمند هستند.
گرده درون بساك توسعه مییابد و در زمان بلوغ حاوي محصولاتی از بیان ژن اسپروفیتی است که در دیواره بساك وجود دارد و همچنین بیان ژن گامتوفیتی که در هسته رویشی و زایشی وجود دارد. مرحله پروگامیک با از دست دادن آب گرده آغار میشود که این امر به بقا گرده در هنگام پراکندگی کمک میکند. زمانیکه گرده بر روي کلاله پذیرنده قرار میگیرد آر ان اي ذخیره شده، پروتئینها و مولکولهاي کوچک اجازه جوانه زنی و رشد سریع لوله گرده را میدهند و یک لوله به درون خامه نفوذ و رشد میکند. میزان جوانه زنی گرده در شرایط آزمایشگاهی بهترین شاخص براي بررسی قدرت زیست دانه گرده میباشد.
جوانه زنی گرده در شرایط آزمایشگاهی میتواند براي مشاهده تغییر در جوانه زنی و ظهور رشد لوله گرده مفید باشد. جوانه زنی و رشد لوله گرده یک سیستم ارزشمند جهت مطالعه حرکت سلول، ارتباط بین سلولی، سیگنالینگ و شناسایی سلول به سلول در گیاه میباشد از این رو به عنوان یک معیار مهم در مطالعات مورفولوژیک، فیزیولوژیک، زیستی، اکولوژي و بیوشیمی مطرح است.
در اکثر گیاهان زمانیکه دانه گرده در یک محیط حاوي کلسیم، بور و یک اسمز کننده قرار میگیرد به خوبی جوانه میزند و لوله گرده رشد میکند اما بسته به شرایط آزمایشگاهی و نوع گیاه درصد جوانه زنی میتواند تغییر کند و حتی به سی تا چهل درصد برسد.
محیط کشت مناسب براي جوانه زنی دانه گرده در شرایط آزمایشگاهی بسته به ژنتیک دانه گرده و همچنین کمیت و کیفیت که ذخیره غذایی دانه گرده دارد متفاوت میباشد. با توجه به ضرورت این موضوع این مطالعه به منظور بهینه سازي منبع کربن براي رشد بهینه دانه گرده گندم هگزاپلوئید در شرایط آزمایشگاهی انجام شده است.
مواد و روش ها
محیط کشت پایه حاوي 2 گرم در لیتر کلسیم نیترات، 60 میلی گرم در لیتر بوریک اسید و 18 درصد ساکارز بود به منظور بررسی اثر غلظتهاي مختلف پلی اتیلن گلیکول شش سطح %0، %9، %18، %27، %36 و %45 در نظر گرفته شد، پس از تهیه محیط کشت پایه در 6 ویال یک و نیم میلی لیتري هر یک 500 میکرو لیتر از محیط کشت پایه ریخته سپس در هر ویال تیمار پلی اتیلن گلیکول اعمال شد، پنجاه میکرولیتر از محیط کشت حاوي پلی اتیلن گلیکول روي اسلاید ریخته شد و گرده جمع آوري شده روي آن قرار گرفت سپس اسلایدها به مدت یک ساعت در اتاقک رشد با دماي 25 درجه سانتی گراد و شرایط مرطوب قرار داده شدند. پس از گذشت یک ساعت نمونه ها زیر میکروسکوپ قرار گرفته و درصد جوانه زنی براي هر تیمار محاسبه شد.
بالاترین میزان جوانه زنی در غلظت %18 پلی اتیلن گلیکول بود سپس به منظور بررسی اثر قندهاي مختلف بر روي درصد جوانه زنی محیط کشت حاوي %18 پلی اتیلن گلیکول، 2 گرم در لیتر کلسیم نیترات و 60 میلی گرم در لیتر بوریک اسید تهیه شد و براي هر قند تیمارهاي %0، %10، %20، %30 و %40 در نظر گرفته شد - قندهاي مورد استفاده رافینوز، مانوز، مالتوز و دکستروز میباشند - در پنج ویال یک و نیم میلی لیتري 500 میکرولیتر از محیط کشت پایه ریخته و سپس تیمار قند مورد نظر را در هر ویال اعمال کرده پس از آن پنجاه میکرولیتر از محیط کشت حاوي قند را روي اسلاید ریخته شد و گرده جمع آوري شده روي آن قرار گرفت و اسلایدها به مدت یک ساعت در اتاقک رشد با دماي 25 درجه سانتی گراد و شرایط مرطوب قرار داده شدند و پس از گذشت یک ساعت اسلایدها زیر میکروسکوپ قرار گرفته و درصد جوانهزنی هر نمونه محاسبه گردید. هر دانه گرده زمانی جوانه زده در نظر گرفته شد که طول لوله گرده برابر یا بزرگتر از قطر دانه بود. - نمونهها با میکروسکوپ Olympus BX51 با بزرگنمایی 20X مورد بررسی قرار گرفتند - .
نتایج و بحث
نتایج نشان داد با افزایش پلی اتیلن گلیکول، درصد جوانه زنی دانه گرده افزایش یافت و پس از %18 با افزایش میزان پلی اتیلن گلیکول درصد جوانه زنی کاهش یافت به طوري که در تیمار %45 پلی اتیلن گلیکول درصد جوانه زنی صفر بود. بهترین میزان پلی اتیلن گلیکول براي جوانه زنی دانه گرده گندم %18 بود. وزن مولکولی زیاد پلی اتیلن گلیکول باعث میشود دانه گرده نتواند آن را جذب کند و یک پتانسیل اسمزي منفی در محیط بیرون ایجاد شود در اثر کاهش پتانسیل اسمزي - منفی تر شدن - ، پتانسیل آب نیز کاهش مییابد و دانه گرده آب را از دست داده و پلاسمولیز میشود که این مطلوب براي جوانه زنی نمیباشد.
نتیجه این آزمایش نشان داد که غلظت %18 پلی اتیلن گلیکول یک غلظت مناسب براي جذب آب توسط دانه گرده و جوانه زنی آن است که این موضوع قبلا گزارش شده است . - 1 - بنابراین به نظر میرسد که عدم جوانه زنی در غلظتهاي خیلی زیاد پلی اتیلن گلیکول بدلیل عدم توانایی جذب آب توسط دانه گرده میباشد. لازم به ذکر است از نظر متابولیتی پلی اتیلن گلیکول نسبتا ساکن بوده و قدرت نفوذ به سلول را ندارد اما غلظت بالاي پلی اتیلن گلیکول باعث لیز شدن دیواره سلولی و غشاء سلولی میشود ولی در غلظتهاي مناسب قابلیت نفوذپذیري غشاء را افزایش میدهد
همچنین در هر چهار تیمار قندي، تیمار %0 در بین سایر تیمارها داراي بیشترین درصد جوانه زنی بوده است. رافینوز در تیمار %10 افزایش درصد جوانه زنی را داشت و پس از آن درصد جوانه زنی کاهش یافت و این روند در چهار تکرار مشاهده شد. مانوز در تمام تیمارها یک دامنه از درصد جوانه زنی را نشان داد. دکستروز و مالتوز از %0 به %40 کاهش جوانه زنی را داشتند.
کوك و والدن گزارش کردند در ذرت رافینور تاثیر مساوي همانند ساکارز و لاکتوز در جوانه زنی داشته است . - 3 - همچنین به گزارش واسیل دکستروز جوانه زنی بیشتري نسبت به ساکارز در Pennisetum typhoideum داشته اما طول لوله گرده کوتاهتر بوده است
گزارش شده دانه گرده گندم در محیط کشت حاوي مالتوز یا رافینوز جوانه میزند گرچه مالتوز جوانه زنی کمتري نسبت به رافینوز دارد، همچنین ساکارز اثر بازدارندگی بر توسعه کالوس و آندروژنز در گندم و جو داشته اما مالتوز درجه بالایی از استقرار کالوس و باززایی ساقه سبز داشته که این نشان میدهد مالتوز درجه بالایی از جوانه زنی دانه گرده گندم را نسبت به ساکارز حمایت میکند اما به اندازه رافینوز موثر نیست
با توجه به این آزمایش و سایر مطالعات وجود قند به ویژه ساکارز در محیط کشت براي جوانه زنی دانه گرده ضروري است. در هنگام جوانه زنی قند به عنوان سوبستریت در طی تنفس سلولی براي سنتز سریع مواد دیواره سلولی و طویل شدن آن مصرف میشود. میزان ساکارز محیط کشت به ذخایر غذایی و گونه گیاهی بستگی دارد.
