مقاله مروری بر جنبه های فیزیولوژیکی زوال بذر

بخشی از مقاله

مروری بر جنبه های فیزیولوژیکی زوال بذر

چکیده:

پیری بذر توسط فاکتورهای دما و PH و رطوبت ، تحت تاثیر قرار می گیرد. زوال بذر های انبارشده یک پدیده طبیعی است. بذرهای نگهداری شده قدرت خود را حتی در شرایط ایده آل انبارداری از دست می دهند. اکسیداسیون خودبه خودی چربی ها و افزایش در محتوای اسیدهای چرب آزاد در طول انبارداری از دلایل اصلی برای زوال سریع در بذر گیاهان روغنی است، همچنین افزایش سطح آلفا توکوفرول و به علت رطوبت بالا و وجود قندهای احیا در طی زوال باعث ایجاد واکنش آمادوری و مایلارد می شود. پیشنهاد شده این واکنش (آمادوری و مایلارد) باعث بسته شدن کانال های آب در بذرهای اصلاح شده و همچنین برای کاهش آب نشت یافته از غشا سلولی در طی آبنوشی است. پیری تسریع شده به عنوان پیش بینی کننده خوبی از توانایی انبارداری در تعداد زیادی بذر شناخته شده است.کاهش بنیه بذرهای پیر و تولید گیاهچه های ضعیف نشان می دهند که قادر به زنده ماندن در زیستگاه خود نیستند.این ویژگی ها که در ترکیبات شیمیایی گیاهان روغنی هستند، به فرآیندهای خاصی که در طی انبارداری بذر اتفاق می افتد منتج می شود.اکسیداسیون خودبه خودی لیپیدها و افزایش چربی های آزاد در طول دوره انبارداری که اغلب ذکر شد از دلایل برای آسیب رساندن سریع به بذر گونه گیاهان روغنی است. آزمون ویگور برای بذرهایی که انبار شده اند یا شرایط انبارداری ناسازگاری داشته اند بسیار مهم است.

مقدمه
پیری بذر
حساسیت بذر به تسریع پیری، بسیار وابسته به دما و محتوای رطوبتی است. یک عامل کلیدی در طول عمر بذر این است که در یک درجه حرارت ثابت، با افزایش رطوبت (MC) توانایی زنده مانی بذر سریع تر از دست می رود. (مک دونالد.(1999در سطح سلولی، تسریع پیری بذر با تغییرات مختلفی از جمله: کاهش یکپارچگی غشا، کاهش انرژی متابولیسم، اختلال در RNA و سنتز پروتئین،و تخریب DNA همراه است. (کیبینزا و همکاران .(2006 در طول انبارداری، مقداری از تغییرات فیزیولوژیکی و فیزیکی رخ می دهد،که پیری نامیده می شود (سیسمان.(2005 این نسبت در فرآیندهای پیری بذر بستگی به توانایی بذر به مقاومت در برابر تغییرات و از هم پاشیدگی مکانیزم های حفاظت، که خاص هر گونه گیاهی هست می شود (سیسمان و دلیباس .(2004عوامل اصلی خارجی که باعث آسیب به بذر در طی انبارداری می شود دما، رطوبت نسبی هوا و اکسیژن است. با تنظیم این فاکتورها احتمال ساخت پایه ای برای انبارداری بذرها می شود.زوال بذر مهار نشدنی است و بهترین راه که می توان انجام شود کنترل میزان آن است. عوامل بسیاری به زوال بذر کمک می کند این خدمات ژنتیکی شامل بذرهای خاصی هستند که زندگی طولانی تری نسبت به دیگران دارند. ساختار بذرها نیز می توانند زوال بذر را تحت تاثیر قرار دهند. تفاوت ساده در اندازه بذر به این معنا است که بذرهای کوچکتر با سطح بیشتر نسبت به بذرهای بزرگتر بیشتر در معرض جذب آب قرار می گیرند که آنها در زوال مستعد تر از بذرهای درشت هستند.مقدار آب آزاد موجود در بذر بر شیمی بذر تاثیر می گذارد و نرخ زوال را افزایش می دهد. بذرهای دارای موسیلاژ در اطراف پوسته خود مانند سالویا(مریم گلی) وابستگی بالایی به درصد رطوبت محیط دارند و به احتمال زیاد انتقال رطوبت به داخل بذر باعث زوال سریعتر بذر می شود. شناخته شده است که برای یک مدت طولانی تکه تکه شدن تدریجی DNA هسته ای جنین در دوران پیری بذر رخ می دهد (چیه و آزبورن). تخریب DNA می تواند به دلیل زوال کنترل نشده باشد که بطور گسترده باعث اکسیداسیون DNA و یا DNA LADRING می شود. که معمولا به عنوان کنترل های ژنتیکی فعال هستندکه مرگ برنامه ریزی سلول گویند (استاین و هانسنROS .(1999 بطور گسترده ای به عنوان عامل اصلی پیری بذر در طول انبارداری طولانی مدت است (پریستلی.(1986زوال در بافت های مختلف بذرها یک ترکیبی از خصوصیات شیمیایی با نسبت های مختلف و عوامل محیطی است. بنابراین نباید در نظر گرفته شود که زوال بذرها بطور یکنواخت در سرتاسر بذر تفاق می افتد. شاید بهترین مثال برای این اتفاق استفاده از محلول تترازولیوم است. که بافت های زنده که در معرض این ترکیب قرار می گیرند به رنگ قرمز در می آیند.با استفاده از شرایط کنترل شده طبیعی و مصنوعی پیری بذر تفاوت در زوال بافت بذرها مشاهده شده است.در بذرهای دولپه مانند سویا، محور جنینی حساسیت بیشتری نسبت به کوتیلدون ها دارد. حضور MDA و پراکسیداز کل در محور جنینی بیشتر است که می تواند به عنوان یک علامت حضور رادیکال های آزاد بیشتر در محور جنینی در مقایسه با لپه های پیر شده است. بنابراین در بذرهای تک لپه و دو لپه محور جنینی بیشتر در معرض پیری قرار می گیرد و در ساختار محور ریشه چه حساسیت بیشتری نسبت به ساقه چه به زوال دارد.

بذرها ی روغنی
بذرهای غنی از چربی به علت ترکیبات شیمیایی خاصی داری طول عمر محدودی هستند. در طول انبارداری گونه های روغنی کاهش میزان روغن ها و جوانه زنی بذرها می تواند مشاهده شود. ترکیب اسیدهای چرب مهمترین فاکتور در تعیین حساسیت روغن ها به اکسیداسیون است. (مورلو و همکاران.(2004پارامترهای کیفیت بذر مانند درصد روغن، اسید های چرب و پروتئین ها به میزان قابل توجهی بوسیله شرایط انبارداری و زمان تحت تاثیر قرار می گیرند. به عنوان مثال انبار کردن بذر آفتابگردان خواستار مراقبت ویژه است به علت محتوای روغن بالا و به راحتی می تواند موجب فرآیندهای از دست دادن جوانه زنی و درصد زنده بودن خواهد شد.

انبارداری بذر
برای ذخیره سازی کوتاه مدت بذر ممکن است تجهیزات انبارداری خشک یا نسبتا سرد به منظور حفظ ارزش بیولوژیکی بذر نگهداری شوند. این تجهیزات کنترل ویژه ای بر روی رطوبت و دما ندارند. برای انبارداری قابل اطمینان و طولانی تر،تجهیزات با کنترل خاص آب و هوا باید مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به ضریب دمایی گونه های گیاهی واکنش های مختلفی در طول عمر انبارداری در یک انبارداری پایدار در دمای 10 درجه سانتی گراد است.کاهش ضریب دمایی در بذر پیاز نشان داد که مشکل را برای انبارداری حل می کند، و در بذر جو نشان داده شد که افزایش ضریب دمایی جوانه زنی را در شرایط مختلف حفظ میکند (میلوسویس وهمکاران .(1996 درصد رطوبت بذر مهمترین عامل تعیین کننده در طول عمر در هنگام انبارداری است. نکته مهم از منظر واکنش های شیمیایی در بذر فعالیت های آبی است که آب باعث توانایی پتانسیل شیمیایی است (باسرا .(1984 انبارداری یک نوع بذر در رطوبت 14 درصد تا حدی امکان پذیر است در حالی که برای گونه های مختلف 14 درصد رطوبت بیش از حد بالا می باشد. بذر اکثر گونه های گیاهی کشاورزی ممکن است برای چندین سال ذخیره شوند به شرطی که رطوبت بذر بین 8-5 درصد باشد. درصد رطوبت بذر به رطوبت نسبی بذر و اجزا ذخیره ای بذر وابسته است. رطوبت بالای هوا درصد رطوبت بذر را افزایش می دهد که منجربه زوال سریع بذر به خصوص در رطوبت بالای 12 دصد می شود بذر با 70 درصد جوانه زنی در مقایسه با بذرهای با 95 درصد جوانه زنی معمولا انبارداری نمی کنند. اما آشکار است که برخی از جنبه های مهم در انبارداری بذر ممکن است قبل از انبارداری در درصد جوانه زنی اولیه آشکار نشود. بذرهایی که جوانه زنی اولیه بالایی دارند تضمین نمی کنند که مقدار مواد ذخیره ای بالاتری نسبت به بذ ر دیگر با همان جوانه زنی یا کمتر را ذخیره کنند.راه حل مشکلات انبارداری در بذور برای توسعه آزمون های که تفاوت توده انبوه بذر را در پاسخ پاسخ به پتانسیل های انبارداری نشان می دهد بنیه بذر اولین پارامتری است که کاهش می یابد و با کاهش جوانه زنی بروز می کند. بالاترین تفاوت در بنیه آفتابگردان و بذور پیر سویا توسط کنترل زمان آزمون سرما مورد استفاده مشخص شد. آزمون سرما آزمون قابل اعتمادی برای ارزیابی زنده مانی بذر و واکنش آن تحت شرایط ظهور درست است.

تغییرات بیوشیمیایی در طی پیری بذر
فعالیت آنزیم هایی که در سوخت و ساز چربی شرکت می کنند به وسیله افزایش بخصوص درصد رطوبت در بذر و افزایش دمای انبارداری بالاتر، افزایش استفاده از چربی در فرآیند تنفس، منجربه کاهش معنی داری در محتوای چربی در بذر می شود. انواع اسیدهای چرب موجود در روغن و تعداد خاص باندهای دوگانه نوع و میزان واکنش های شیمیایی که در حین انبارداری رخ می دهد را تعیین می کند.کاهش محتوای لینولئیک اسید در بذرهای پیر در لاین های ذرت با روغن بالا بسیار مشخص است (تلوبیک.(2004

اعتقاد بر این است که فرآیندهای بیوشیمیایی پرواکسیداسیون لیپیدها علت اصلی زوال بذر در طول انبارداری است. پراکسیداسیون لیپیدها و مواد حاصل از این فرآیند منجربه زوال DNA، جلوگیری از ترجمه و رونویسی پروتئین و موجب اکسداسیون اسیدآمینه های فعال می شود (پروپویک.(2006 هنگامی که این نوع خسارت در بذر رخ می دهد ممکن است باعث کاهش بنیه و جوانه زنی بذر شود. مکانیسم کاهش اکسیداتیو بسیار پیچیده است و به عنوان دو نوع مختلف از تغییرات اسید های چرب رخ می دهد که حالت اول شبیه فرآیند پیری در هفته ی اول حین انبارداری است و شامل اکسیداسیون خود به خودی اسیدهای چرب اشباع نشده می شود و در اسید های چرب اشباع هیچ اتفاقی رخ نمی دهد. در نوع دوم آسیب بذوری که توانایی جوانه زنی شان کاهش یافته است هر دو نوع اسیدهای چرب (اشباع و غیر اشباع) اکسید می شوند. فعالیت رادیکال های آزاد در بذر ممکن است به محتوای آب،اجزای بذر، (مثل کل بذر، کوتیلدون، جنین و غیره)،زیادی بذر، گونه و واریته، شیوه عمل فرآیند پیری باشد.تغیرات پراکسیداتیو در اسیدهای چرب موجود در لیپید غشا، میزان ویسکوزیته آنها، نفوذپذیری غشا سلول را باعث می شود همچنین باعث کاهش تنفس میتوکندریایی در زمان انبارداری می شود که می تواند با تغییر در لیپید های میتوکندریایی بنیه بذر را کاهش دهد (فرگوسون و همکاران .(1990محصول نهایی پراکسیداسیون لیپیدی هیدروپراکسیداز چربی است که از آن آلدئید شامل مالونیل دی آلدئید (MDA) تشکیل می شود. تعیین محتوای (MDA) یک روش مرسوم است که برای تعیین میزان پراکسیداسیون لیپیدها استفاده می شود. بسیاری از مطالعات ارتباط بین افزایش محتوای مالونیل دی آلدئید در بذر و دوره ذخیره سازی طولانی مدت به عنوان یک برنامه کاربردی خوب برای زوال مصنوعی بذر است (تیان و همکاران .(2008

فیزیولوژی زوال بذر:
بسیاری از فرضیه ها از نظر علل پیری بذر مانند: پراکسیداسیون لیپیدها بواسطه رادیکال های آزاد ،غیر فعال شدن آنزیم ها و یا کاهش در پروتئین ها ، فروپاشی غشا سلول و آسیب های ژنتیکی می شود (مک دونالد .(1999 تخریب و غیر فعال سازی آنزیم به علت تغییرات در ساختار ماکرومولکولی خود یکی از مهمترین فرضیه های پیشنهادی در علل پیری در بذر است. بسیاری از این مطالعات نشان می دهد که کاهش در فعالیت آنزیم هایی مانند سوپر اکسید دیسموتاز، کاتالاز، پراکسیداز و گلوتاتیون ردوکتاز در بذرهای پیر رخ می دهد. کاهش عمومی در فعالیت آنزیم ها در بذر ظرفیت تنفسی را کاهش می دهد که به نوبه خود باعث کاهش انرژی و جذب مواد در طی جوانه زنی بذر می شود. بنابراین تغییرات مستعدی در ساختار ماکروملوکولی آنزیم که ممکن است باعث کاهش جوانه زنی شود.به عنوان یک شاهد قبل قبول ظاهر شدن رادیکالهای آزاد به عنوان یک داوطلب قابل قبول برای افزایش فرآیند زوال است. تولید رادیکالهای آزاد، در درجه اول توسط اکسیژن آغاز می شود.که این اکسیژن مربوط به پراکسیداسیون لیپیدها و دیگر ترکیبات ضروری موجود در سلول است که به وسیله اکسیداسیون خود به خودی یا فعالیت آنزیمی توسط آنزیم های اکسیداتیو حاضر مانند لیپو اکسیژناز در بسیاری از آنها آغازمی شود.

درصد رطوبت بذر
با توجه به عدم وجود آب آزاد در بذر خشک، مکانیسم های غیر آنزیم مانند پراکسیداسیون لیپیدی به احتمال زیاد در تجمع ROS در طول انبارداری خشک فعال اند. اما به محض جذب آب مکانیسم های آنزیمی در تولید ROS شرکت می کنند. یکی از منابع اصلی ROS در بذر فعالیت سوخت و ساز زنجیره ی تنفس میتوکندریایی است. پراکسیداسیون لیپید در تمام سلول رخ میدهد، اما در سلول ها پر از آب (آب جذب کرده کامل)، اعمال آب به عنوان یک بافر گسترش خودبه خودی رادیکال های آزاد و ماکرومولکول های هدف، که نتیجه آن کاهش آسیب است بنابراین محتوای رطوبت بذر کاهش می یابد. اکسیداسیون خودبه خودی رایج است و افزایش دما و غلظت اکسیژن باعث تسریع آن می شود. اکسیداسیون خود به خودی لیپید ممکن است علت اصلی زوال بذر در رطوبت کمتر از 6 درصد و بیشتر از 14 درصد باشد. پراکسیداسیون لیپیدی دوباره ممکن است توسط فعالیت آنزیم اکسیداتیو هیدرولتیک مانند لیپواکسیژناز تحریک شود.بین 14-6 درصد محتوای رطوبت، پراکسیداسیون لیپیدی در یک حد مینیمم است. زیرا آب کافی در دسترس و به عنوان یک سپر در برابر اکسیداسیون خود به خودی و گسترش رادیکال های آزاد است اما آب کافی برای فعال کردن لیپو اکسیژناز واسطه و تولید رادیکال آزاد نیست.

آنتی اکسیدان ها
پراکسیداسیون لیپیدها با تولید رادیکال های آزاد اکسیژن از طریق غیرآنزیمی (autoxidation) یا آنزیمی آغاز می شود (کلرک و همکاران (2004 رادیکال آزاد شامل یک یا گروهی از اتم ها است که یک الکترون جفت نشده دارند . در روش آنزیمی، رادیکال آزاد توسط لیپوکسیژنازهایی که در بسیاری از بذرها وجود دارد، تولید می شود (تروتا و همکاران (1995

.سازوکار غیرآنزیمی اغلب به وسیله مولکول اکسیژن مجاور اسیدهای چرب غیراشباع نظیر اولییک اسید و لینولئیک اسید که از رایج ترین اسیدهای چرب غشا ی بذر هستند، آغاز می شود. نتیجه این عمل آزاد شدن یک رادیکال آزاد است که غالباً هیدروژن (Ho) آزاد شده از یک گروه متیلنی مجاور پیوند دو گانه اسید چرب است . در سایر موارد، ممکن است رادیکال آزاد هیدروژن با سایر رادیکال های آزاد گروه هیدروپراکسی (ROOH) ترکیب شود و در نتیجه رادیکال آزاد پراکسی (ROOo) تولید می شود. این رادیکال ها به تولید رادیکال های آزاد دیگر ادامه می دهند تا زمانی که با سایر رادیکال ها تلفیق شوند و این پایان واکنش است (مکدونالد . (1999 در این حال، رادیکال های آزاد به غشاها خسارت وارد می کنند و باعث تغییراتی در کیفیت روغن می شوند. در نتیجه ، اسیدهای چرب با زنجیره طولانی به اجزای کوچک تر شکسته می شوند و برخی از آنها به صورت هیدروکربن های فرار آزاد می شوند (ویلسون و مکدونالد " 1986 اساشی .(1997پیامد نهایی این سلسله واکنش ها، اختلال ساختار غشا، نشت سلولی و اختلال در متابولیسم طبیعی سلول است. گیاهان دارای سیستم پاداکسایشی آنزیمی و غیر آنزیمی (antioxidant system) هستند که این سیسیتم وظیفه سم زدایی رادیکال های آزاد اکسیژن را به عهده دارد که آنتی اکسیدان های آنزیمی شامل : سوپراکسید دیسموتاز، آسکوربات پراکسییداز، گلوتاتیون ردوکتاز، کاتالاز و پراکسیداز هستند 2991(؛ بلویر و همکاران 1992 ؛ کیبیناز و همکاران (2011

.با انجام پیری مصنوعی با دمای بالای 40 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی نزدیک 100 درصد در بذر سویا در مقایسه با پیری طبیعی نشان داده شده که میزان آلفا توکوفرول که یک آنتی اکسیدان غیر آنزیمی است در پیری مصنوی نسبت به پیری طبیعی مقدارش بیشتر شده است (نمودار و جدول .(1 این آنتی اکسیدان غیر آنزیمی مهم که دارای خاصیت لیپوفیلی است در غشا سلول با کمک آسکوربات پراکسیداز باعث تبدیل H2O2 به H2O (پراکسیداز هیدروژن) و همچنین خنثی شدن رادیکال های آزاد می شود. در واقع این آنزیم ها در شرایط معمول انبارداری وظیفه پالایش رادیکال ها ی آزاد را به عهده دارند، طی زوال، فعالیت آنزیم های پاداکسایشی کاهش و در نتیجه پراکسیداسیون لیپید افزایش می یابد.

(بایلی و همکاران (2006، بیان داشتند که در بذرهای آفتابگردان افزایش پراکسیداسیون لیپیید طی زوال با کاهش در فعالیت آنزیم های پاد اکسایشی مرتبط است.