تنش سرما در گیاهان

تنش سرما در گیاهان

فایل منابع پایانی ندارد

مقدمه

رشد و عملكرد گیاهان زراعی تابعی از كلیه عوامل محیطی و اثرات متقابل آنها می باشد، این عوامل شامل عوامل آب و هوایی (بارندگی، دما، رطوبت، نور و باد)، رطوبت خاك، مواد غذایی و گازهای می باشند كه بسته به مقدار آنها در محیط، رشد و نمو گیاه را افزایش یا كاهش می دهند. علاوه بر این كلیه عوامل بر هم زنندة تعادل آبی در سلول نظیر انجماد، خشكی و شوری نقش مهمی در توزیع جغرافیایی گیاهان دارند. در موجودات زنده، تنش به معنی انحراف معنی دار از شرایط اتپیم برای زندگی تعریف می شود. از نظر لویت، هر عامل محیطی كه باعث ایجاد صدمه یا خسارت در موجود زنده شود تنش بیولوژیكی نام دارد.

وی معتقد بود در موجودات زنده، تنش در ابتدا ممكن است قابل برگشت (الاستیك) باشد ولی با گذشت زمان طولی نمی كشد كه به صورت دائمی درمی آید. اگر یك تغییر قابل برگشت در مدت زمان كافی در یك گیاه ادامه یابد ممكن است باعث تغییر و اختلال در فرآیندهای فیزیولوژیك و متابولیك و در نتیجه موجب آسیب گیاه و ایجاد تغییرات غیر قابل برگشت شود (پلاستیك). در هر صورت واكنش گیاه بسته به مقدار یا غلظت نامناسب و مدت زمان قرار گرفتن در معرض تنش متفاوت است. لویت تنش های محیطی را به دو دسته تنش های زیستی و تنش های غیر زیستی تقسیم نمود. تنش های زیستی شامل حملة آفات و بیماری ها به گیاهان و رقابت با علف های هرز می شود. تنش های غیر زیستی مشتمل بر تنش های مربوط به آسیب های مكانیكی، ناهنجاری، اختلالات ناشی از كمی و زیادی حضور تنظیم كننده های رشد در گیاه و كاربرد علف كش ها، مشكلات ناشی از امواج الكترومغناطیسی و تنش های مرتبط با آب، خاك و دما می باشد. اثرات منفی دما بر گیاهان به عنوان مشكلی جدی مطرح است «كه موضوع بحث مورد نظر ما می باشد».

تنش های محیطی و نیاز به افزایش تولیدات گیاهی

طبق آمار، تنها حدود 10% كل زمین های قابل كشت دنیا ممكن است بدون تنش باشند. خسارت سرما و یخ زدگی در ایالات متحده آمریكا سالانه حدود 3 تا 4% و در برخی مناطق نظیر برزیل و نیمكره جنوبی حدود 5% می باشد. در طی سال های 1950 تا 1980 تولید سرانة غذایی جهان بیش از نرخ رشد جمعیت بوده است. اما این آمار طی 20 سال گذشته افزایش قبلی را نشان نمی دهد. پیشگویی ها در مورد سرنوشت تولد غذا نگران كننده است. شواهد، دال بر آن است كه متخصصین در آینده در این مورد بیشتر تحت فشار خواهند بود و نیاز به افزایش تولید غیر قابل انكار است. بنابراین ضرورت دارد برای 20 تا 30 سال آینده، پروژه هایی تدوین كردند كه بدون زیر كشت بردن زمین های جدید بتوان به افزایش رشد قابل قبول در تولید مواد غذایی جهان دست یافت.

گسترش تنش سرمایی

در اكثر مناطق مخصوصاً در نواحی مدیترانهای دماهای پایین زمستان، میزان رشد گیاهان زراعی را محدود ساخته، توسعه پوشش گیاهی در روی زمین را كند می كند، در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری تنش سرما به عنوان مهمترین عامل محدود كنندة گیاهان معرفی شده است. در ایران بیشر از 5/2 میلیون هكتار از مزارع در مناطق سرد در معرض آسیب سرمای زمستانه قرار دارد.

محدودة دمای بهینه و وقوع تنش سرما

دمای داخل بافت های گیاهی دمای ثابتی نیست و متأثر از دمای محیط می باشد. تنش های دمایی قابل وقوع در گیاهان شامل تنش دمای پایین یا سرما، تنش یخ زدگی و تنش دمایی بالا می باشد.

گیاهان معمولاً در درجات بیش از 35 تا 45 درجه سانتی گراد دچار تنش دمایی و در دماهای بالاتر از صفر درجه سانتی گراد در محدودة دماهای بین 0 تا 15 درجه سانتی گراد دچار تنش سرما می شوند. تنش سرما با تنش یخ زدگی كاملاً متفاوت است. تنش یخ زدگی موقعی اتفاق می افتد كه دمای محیط خارج از گیاه پایین تر از نقطه انجماد باشد، تنش یخ زدگی بیشتر در گیاهان چند ساله مشاهده می شود و در گیاهان یك ساله با تغیر تاریخ كشت می توان از این رویداد پرهیز نمود. در دمای كمی بالاتر از نقطه انجماد اكثر گیاهان گرمسیری آسیب دیده، به سلول بافت ها و اندام های گیاهی آنان خسارت وارد می شود. به همین دلیل این تنش روی حالت آبی گیاه تأثیر نمی گذارد. در سطح گیاه اثرات اولیه حرارت بسیار پیچیده است. اثرات ثانویه حرارت روی فرآیندهای فیزیولوژیكی، سبز شدن برگ و شكستن خواب بذر بسیار مهم است. فعالیت های متابولیكی، رشد و قابلیت زیست گیاهان به شدت تحت تأثیر سرما قرار دارد.

طبقه بندی گیاهان بر اساس واكنش آنها به دماهای پایین

در جدول ذیل فهرستی از چند گیاه و دمای حداقل كشدنه (تقریبی) ارائه شده است. واكنش گیاهان در برابر سرما بسیار پیچیده است و مقاومت واقعی گیاه تحت تأثیر متغیرهای زیادی از جمله مرحلة رشد، اقلیم منطقه و وضعیت سلامت عمومی گیاه قرار می گیرد. طول مدت زمان سرما هم عامل مهمی در این رابطه است. شروع خسارت ها در دماهای بالاتر از مقادیر كشنده صورت می گیرد.

اثرات سوء تنش سرما

به طور كلی تنش سرما به دو طریق بر گیاه اثر سوء می گذارد:

1- خسارت مستقیم

آثار مستقیم خسارت تنش سرما معمولاً در نتیجه قرار گرفتن بافت یا گیاه به مدت چندین ساعت در معرض سرما و یا چند دقیقه در سرمای ناگهانی ایجاد می شود. ایجاد بافت های نكروزه، تجزیه بافت كم شدن رشد و عدم قدرت جوانه زنی بذر نیز برخی از موارد اثرات مستقیم خسارت تنش سرماست. گیاهان برحسب سرعت واكنش آنها به سرما به دو دسته تقسیم می شوند. گروه اول گیاهانی هستند كه علایم خسارت را ظرف چند ساعت یا حداكثر یك روز بروز می دهند. از این گیاهان می توان به گلوكسینیا و آشیمز اشاره نمود.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                    صفحه

فصل 1: تنش سرما

مقدمه.......................................................................................................... 2

تنش های محیطی و نیاز به افزایش تولیدات گیاهی........................................................... 3

گسترش تنش سرمایی................................................................................................... 4

محدودة دمای بهینه و وقوع تنش سرما............................................................................. 4

طبقه بندی گیاهان بر اساس واكنش آنها به دماهای پایین................................................... 5

اثرات سوء تنش سرما................................................................................................... 6

1- خسارت مستقیم...................................................................................................... 6

2- خسارت غیر مستقیم................................................................................................. 7

اثرات سرما بر فرآیندهای مختلف گیاهی........................................................................ 8

الف) اثرات تنش سرما در سطح سلولی........................................................................... 8

ب) اثر تنش سرما روی فعالیت های فیزیولوژیك گیاه...................................................... 9

ب.آ) اختلال در فتوسنتز............................................................................................. 10

ب.2) اختلال در تنفس............................................................................................... 10

ب.3) خسارت های بیوشیمیایی.................................................................................... 11

ب.3-1) اختلال در فعالیت آنزیم ها............................................................................. 11

ب-3-2) اختلال در سنتز ATP ................................................................................. 12

ب-3-3) خسارت های بیوشیمیایی ناشی از تشكیل سموم در فرآیندهای فیزولوژیك گیاه .. 12

ب-3-4) خسارت های ناشی از شكسته شدن پروتئین ها................................................. 13

ج) تنش سرما و فرآیندهای مختلف رشد....................................................................... 13

ج-1) جوانه زنی ....................................................................................................... 13

ج-2) اثر بر فرآیندهای مرحلة رویشی گیاه.................................................................... 15

ج-3) اثر بر فرآیندهای مرحلة زایشی گیاه..................................................................... 16

ج-4) عملكرد و تنش سرما......................................................................................... 17

فصل2: فیزیولوژی مقاومت به تنش سرما

مقاومت در سطح سلول و فرآیندهای فیزیولوژیك آن..................................................... 20

 سازوكار مقاومت گیاهان مختلف به سرما در مراحل مختلف رشد ................................... 21

فصل 3: تنش یخ زدگی

مقدمه....................................................................................................................... 24

پدیده یخ زدن............................................................................................................ 25

منابع تشكیل هسته های یخ........................................................................................... 26

یخ زدگی برون سلولی................................................................................................ 27

یخ زدگی درون سلولی .............................................................................................. 28

اثرات یخ زدگی بر بافت های گیاهی............................................................................ 29

الف- آب كشیدگی یا خشكیدگی............................................................................... 31

ب- خفگی ناشی از یخ.............................................................................................. 32

ج- یخ زدگی خاك.................................................................................................. 32

د- تخریب فیزیكی..................................................................................................... 33

ه- توسعه بیماری ها.................................................................................................... 34

و- كمبود مواد غذایی................................................................................................. 35

عوامل مؤثر در آسیب های ناشی از یخ زدگی................................................................ 35

فصل 4: مقاومت به یخ زدگی

مقدمه ...................................................................................................................... 37

مواد درون سلولی و فرآیند یخ زدگی سلول................................................................... 37

عوامل مؤثر در مقاومت به یخ زدگی گیاهان.................................................................. 39

سازوكارهای مقاومت به یخ زدگی .............................................................................. 40

سازوكار اجتناب از تنش............................................................................................. 41

فصل 5: بهنژادی گیاهان برای مقاومت به سرما

اساس ژنتیكی تحمل به سرما....................................................................................... 45

تنوع قابل توارث ....................................................................................................... 47

روش های اصلاحی ................................................................................................... 51

فصل 6: اصلاح برای تحمل به یخ زدگی

اصلاح برای مقاومت به یخ زدگی از طریق غربال كردن در خارج از محدوده ی فنوتیپ های مشاهده شده در داخل ژنوم های موجود در گیاهان زراعی....................................................................................................... 56

فصل7: روش های نو در اصلاح برای مقاومت به دماهای پایین

 چشم انداز ایجاد گیاهان مقاوم به تنش سرما و یخ زدگی با استفاده از روش های نو.......... 58

كشت آزمایشگاهی و كاربرد آن در انتخاب مقاوم به سرما ............................................. 59

القاء موتاسیون........................................................................................................... 61

استفاده از ژن های مسؤول پاسخ به سرما برای اصلاح گیاهان متحمل به یخ زدگی ............. 62

مهندسی تحمل به یخ زدگی به كمك روش های DNA نوتركیب.................................. 63

چشم اندازهای آینده.................................................................................................. 65

فصل 8: مقابله با سرما و یخ زدگی گیاهان

مقدمه....................................................................................................................... 69

الف- روش های كوتاه مدت....................................................................................... 70

الف-1) روش های افزایش گرما.................................................................................. 71

الف-1-1) بخاری ها.................................................................................................. 71

الف-1-2) روش غرقاب كردن خاك.......................................................................... 71

الف-1-3) آبیاری بارانی............................................................................................. 72

الف-1-4) انواع سیستم های آب فشان.......................................................................... 73

الف-1-5) ماشین های مولد باد.................................................................................... 74

الف-1-6) دستگاه های مولد مه................................................................................... 75

الف-1-7) بال گردها................................................................................................. 76

روش های بلند مدت (غیر فعال) حفاظت گیاهان در برابر تنش سرما و یخ زدگی................ 76

انتخاب مكان مناسب.................................................................................................. 76

انتخاب محصول......................................................................................................... 78

میزان رطوبت خاك................................................................................................... 78

پوشش زمین.............................................................................................................. 78

انتخاب خاك مناسب................................................................................................. 79

شاخص های بقای مزرعه ای پاییزه بر اساس برآورد انجام شده از ارقام و نژادهای تطابق یافته به حداقل دما برای بقاء.     81

برخی از وسایل: سنجش صدمه دماهای پایین در گیاهان................................................. 82

فایل منابع پایانی ندارد