تأثیر امواج فراصوت بر جوانه‌زنی، فعالیت آنزیم‌های آلفا‌آمیلاز و آنتی‌اکسیدان، قند‌ها و کلروفیل در سرخارگل

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو

2 null

3 هیات علمی دانشکده ی کشاورزی

4 دانشیار

چکیده

سابقه و هدف: جوانه‌زنی سریع، یکنواخت و کامل بذر‌ها باعث سبز شدن مطلوب و رشد اولیه‌ی سریع گیاه می‌شود. رشد اولیه‌ی مطلوب سبب دریافت بیشتر تشعشع خورشیدی و افزایش عملکرد می‌گردد. جوانه‌زنی بذور سرخارگل کم و نامنظم می‌باشد. یکی از دلایل جوانه‌زنی پایین بذور سرخارگل، نفوذ‌پذیری اندک غشاهای داخلی می‌باشد. پرایمینگ بذر شامل روش‌های بسیار ساده‌ای است که می‌تواند در جوانه‌زنی بهتر و استقرار مطلوب‌تر گیاهچه مؤثر باشد. یکی از روش‌های بیو‌فیزیکی پرایمینگ بذر، پیش‌تیمار بذر‌ها با امواج فراصوت می‌باشد. ضربه‌های ممتد امواج فراصوت سبب افزایش نفوذ‌پذیری پوسته بذر و تسریع در جذب آب و بالا رفتن دمای بافت‌ها می‌شود. بالارفتن سرعت آماس بذر‌های پرتو‌دهی شده با تسریع تغییرات در متابولیسم بذر همراه می‌باشد. آبنوشی بذر اجازه فعالیت آنزیم‌های هیدرولیتیکی را جهت فراهم ساختن قند‌های اصلی، آمینواسید‌ها و اسید‌های چرب می‌دهد. این ترکیبات به محور جنینی منتقل و جهت ساخت مواد جدید استفاده می‌شود. هدف از انجام این پژوهش مطالعه‌ی اثر امواج فراصوت بر جوانه‌زنی، میزان فعالیت آنزیم آلفا‌آمیلاز، قند‌ها، کلروفیل، پراکسید‌هیدروژن و برخی آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی در مرحله‌ی جوانه‌زنی و گیاهچه‌ای سرخارگل بود.

مواد و روش‌ها: در سال زراعی 1396 در دانشکده‌ی کشاورزی دانشگاه صنعتی شاهرود، یک آزمایش در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی با 5 تیمار و 4 تکرار انجام شد. تیمار‌های آزمایش شامل 5 مدت پرتو‌دهی 0، 10، 15، 20 و 25 دقیقه با دستگاه التراسونیک بود. صفات مورد سنجش عبارت بود از حداکثر جوانه‌زنی، سرعت جوانه‌زنی، کارایی استفاده از ذخایر بذر، وزن خشک گیاهچه، فعالیت آلفا آمیلاز، قند کل، قند‌های احیایی و غیر‌احیایی، نسبت قند‌های غیراحیایی به احیایی، هدایت الکتریکی، گایاکول پراکسیداز، پلی فنل اکسیداز، کاتالاز، گلوتاتیونS-ترانسفراز، کلروفیل a و b.

یافته‌ها: نتایج این آزمایش نشان داد که اثر پیش‌تیمار بذر‌ها با امواج فراصوت بر تمام صفات اندازه‌گیری شده معنی‌دار بود. بیشترین میزان درصد جوانه‌زنی و وزن خشک گیاهچه در مدت پرتو‌دهی 15 دقیقه حاصل گردید. بیشترین میزان سرعت جوانه‌زنی و کارایی استفاده از ذخایر بذر در مدت‌های پرتو‌دهی 15 و 25 دقیقه بدست آمد. امواج فراصوت سبب افزایش فعالیت آنزیم آلفا‌آمیلاز، قند کل و قند‌های غیر‌احیایی در همه‌ی مدت‌های پرتودهی نسبت به شاهد گردید. بیشترین میزان قند‌های احیایی در مدت پرتودهی 25 دقیقه پرتو‌دهی مشاهده گردید. پیش‌تمار بذر‌ها با امواج فراصوت سبب افزایش هدایت الکتریکی و غلظت پراکسید هیدروژن در همه‌ی تیمار‌ها نسبت به شاهد گردید. در بیشتر موارد، کلیه سطوح پرتودهی موجب افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و در نتیجه بیشتر شدن غلظت کلروفیل a و b نسبت به شاهد گردید.

نتایج: پرتو‌دهی قدرت بذر سرخارگل را افزایش داد. بهترین زمان پرتو‌دهی که هم سبب بهبود خصوصیات جوانه‌زنی و هم بهبود خصوصیات بیوشیمیایی بذر‌های سرخارگل گردید، 15 دقیقه پرتو‌دهی بود. به طور طبیعی هر چه سرعت جوانه‌زنی و درصد بذر‌های جوانه زده در کشتزار‌ها بیشتر باشد، بهره‌گیری از منابع رشد نظیر آب و عناصر غذایی بهتر خواهد بود. به طور کلی، امواج فراصوت با افزایش فعالیت آنزیم‌های جوانه‌زنی، خصوصیات بیوشیمیایی و شاخص‌های جوانه‌زنی می‌تواند به عنوان محرک جوانه‌زنی، افزایش بنیه و تسریع در جوانه‌زنی بذر‌های با جوانه‌زنی پایین استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of ultrasonic waves on germination, activity of alpha amylase and antioxidant enzymes, sugars and chlorophyll of purple coneflower

نویسندگان [English]

  • null null 2
  • null null 3
  • null null 4
1
2
3
4
چکیده [English]

Background and objectives: Rapid, uniform and complete germination of seeds causes optimum seedling emergence and early growth. Early optimum growth results in more solar radiation interception and increases yield. The germination of purple coneflower is low and non-uniform. One of the reasons of low germination is low permeability of internal membranes. Seed priming is very simple procedures which can improve germination and seedling establishment. One of the biophysical ways of seed priming is pretreatment of seeds with ultrasound. Continuing wave-resulted beating increases the permeability and enhances water absorption and temperature. The increased imbibition rate accompanies with speedy changes in seed metabolism. Imbibition triggers hydrolytic enzymes activity for synthesis of main sugars, amino acids and fatty acids. These compounds are transferred to embryo axis and used for production of new materials. This experiment was aimed at studying the ultrasonic wave’s effect on germination, activity of alpha amylase, sugars, chlorophyll, hydrogen peroxide, and some antioxidant enzymes in germination and seedling stages of purple coneflower.
Materials and methods: In 2016-2017, an experiment was conducted as completely randomized design with 5 treatments and 4 replications in Agriculture Faculty of Shahrood University of Technology. Treatments were irradiation durations of 0, 10, 15, 20 and 25 minutes by ultrasonication device. The measured traits were maximum germination, germination rate, seed reserve use efficiency, seedling dry weight, alpha amylase, total sugar, reducing sugars, non-reducing sugars, ratio of non-reducing to reducing sugars, electrical conductivity, hydrogen peroxide, catalase, guaiacol peroxidase, polyphenol oxidase, glutathione -S transferase, and chlorophyll a and b.
Results: The analysis of variance results showed that pretreatment of seeds with ultrasonic waves affected significantly all studied traits. The highest amount of germination percent and seedling dry weight was obtained from seeds irradiated for 15 minutes. The maximum germination rate and seed reserve utilization was for irradiation durations of 15 and 25 minutes. All irradiation levels increased the activity of alpha amylase, total sugar, non-reducing sugars compared to control. The highest amount of non-reducing sugars was found for 25. Irradiation enhanced electrical conductivity and hydrogen peroxide in comparison with control. For most cases, all irradiation durations increased antioxidant enzymes and consequently enhanced amount of chlorophyll a and b in comparison with control.

Conclusion: The irradiation increased seed vigor. The best irradiation duration, by which both germination and seed biochemical properties were increased, was 15 minutes. Naturally, with increasing germination rate and germination percent in farms, the utilization of growth resources like water and nutrients gets improved. Generally, ultrasonic waves with promoting activity of germination enzymes, biochemical properties and germination indices can be used as stimulator of germination, accelerator of germination of low-germinating seeds.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Enzyme
  • chlorophyll
  • reducing sugars
  • non- reducing sugars

مراجع

1.Adda, A., Regagba, Z., Latigui, A. and Merah, O. 2014. Effect of salt stress on 𝛼-amilase activity, sugars mobilization and osmotic potential of Phaseolus vulgaris L. Seed var. Cocorose during germination. Bio. – Sci. J. 14: 370-375.
2.Agrawal, R. 2003. Seed technology. Publication. Co. PVT. LTD. New Delhi India, 64: 229-236.
3.Almansouri, M., Kinet, J.M. and Lutts, S. 2001. Effect of salt and osmotic stresses on germination in durum wheat (Tritcum durumDesf.). Plant. Soil. J. 231: 243-254.
4.Akram-Ghaderi, F., Kamkar, B. and Soltani, A. 2000. Principles of Seed Science and Technology. Mashhad University press, 180p. (Translated in Persian)
5.Ardakani, M. and Nadvar, A. 2008. Practical Principles and Techniquesfor Plant Science Proficient. Tehran University Press, 145p. (In Persian)
6.Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts: polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol. Rockville 24: 1-24.
7.Atwater, B.R. 1980. Germination, dormancy, and morphology of the seeds of herbaceous ornamental plants. Seed Sci. Tech. 8: 523-73.
8.Baker, E.H. and Bradford, K.J. 1994. The fluorescence assay for Maillard product accumulation does not correlate with seed viability. Seed Sci. Res. 4: 103-106.
9.Bewley, J.D. 1997. Seed germination and dormancy. Plant Cell. 9: 1055-1066.
10.Carmagol, F., Sinet, P.M., Rapin, J.and Jerome, H. 1981. Glutathiones-transferase of human red blood cells assay, values in normal subjects andin two pathological circumstances. Hiperbilirubinemia and impaired renal function. Clin Chim Acta. 117: 209-217.
11.Chance, B. and Maehly, A.C. 1955. Assay of catalases and peroxidases. Meth. Enzyme. 5: 764-755.
12.Chen, G., Wanga, Q., Liu, Y., Li,Y., Cui, J., Liu, Y., Liu, H. and Zhang, Y. 2012. Modelling analysis for enhancing seed vigour of switchgrass (Panicum virgatum L.) using an ultrasonic technique. Pols One, https:// www.ncbi.nlm.nih.gov, 47: 426-435.
13.Cheryl-Kaiser, C., Geneve, R. andErnst, M. 2015. Echinacea. University of Kentucky Press, 120p.
14.Ghaderi-Far, F. and Soltani, A. 2002. Seed Testing and Control. Mashhad University Press, 135p. (In Persian)
15.Guglieminetti, L., Yamaguchi, J., Perata, P. and Alpi, A. 1995. Amylolytic activities in cereal seeds under aerobic and anaerobic conditions. Plant Physiol. 109: 1669-1676.
16.Handel, E.V. 1968. Direct micro determination of sucrose. Ann. Biochem. 22: 280-283.
17.Hare, P.D. 2007. Metabolic implications of stress-induced accumulation in plant. Plant Growth Reg. 21: 79-103.
18.Hampton, J.C. and Tekrony, D.M. 1995. Hand Book of Vigor Test and Method. International Seed Testing Association (ISTA) Press, 117p.
19.Jana, S. and Choudhuri, M.A. 1981. Glycolate metabolism of three submeregedaquatic angiosperms during aging. Aqu. Bot. J. 12: 342-354.
20.Koreapaz, S. 2001. Investigation the Possibility and Domestication ofHerb Medicine Echinacea in Mashhad Climate Conditions. M.Sc. Thesis. Ferdowsi University of Mashhad, 135p. (In Persian)
21.Kar, M. and Mishra, D. 1976. Catalase, peroxidase, and polyphenoloxidase activities during rice leaf senescence. Plant Physiol. 57: 315-319.
22.King, C. 2005. Commercial Echinacea production. Alberta Agric. Food Rural Dev. 13: 27-40.
23.Lipiec, J., Janas, P. and Barabasz,W. 2004. Effect of oscillating magnetic field pulses on the survival ofselected microorganisms. Int. Agrophys. 18: 325-328.
24.Li, T.S.C. 1998. Echinacea: cultivation and medicinal value. Hort. Tech. 8: 22-129.
25.McCready, R.M., Guggolz, J., Silviera, V. and Owens, H.S. 1950. Determination of starch and amylase in vegetables. Analyt. Chem. 22: 1156-1158.
26.Miller, G.L. 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugars. Analyt. Chem. 31: 426-428.
27.Machikowa, T., Kulrattanarak, T., and Wonprasaid, S. 2013. Effects of ultrasonic treatment on germination of synthetic sunflower seeds. Int. J. Biol. Vet. Agric. Food Eng. 7: 11-18.
28.McDonald, M.B. 1999. Seed deterioation: Physiology, repair and assessment. SST. 27: 177-237.
29.Mittler, R. 2004. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci. 7: 405-410.
30.Omokolo, D., Ndoumou, G., Ndzomo, T. and Djocgoue, P.F. 1996. Changesin carbohydrate, amino acid andphenol contents in cocoa pods from three clones after infection with Phytophthoramegakarya Bra. And Grif. Ann. Bot. J. 77: 153-158.
31.Omidbaigi, R. 2001. Study of cultivation and adaptability of Echinacea purpurea (L.) Moench in the north of Tehran. Sci. Tech. Agric. Natur. Res. 6: 240-230(In Persian with English Abstract)
32.Rasouli, F. 2018. The effect of ultrasonic-wave, jasmonic acid and salycilic acid on growth and some qulitivetriates of Steviarebaudiana Bertoni L. and Echinacea purpurea L. Ph.D. Dissertation, Faculty of Agriculture, Shahrood University of Technology, Iran.
 33.Sleper, D., Pathan, M.S., Camps-Raga, B., Boriraksantikul, N., Tantong, S., Gyawali, S.R., Kirawanich, P. and Islam, N.E. 2008. Experimental analysis of corn seed germination enhancement under the application of electromagnetic and magnetic fields. Proceeding of the European Electromagnetics (EUROEM 2008), Lausanne, Switzerland.
34.Smith-Jochum, C.C. and Albrecht, M.L. 1987. Field establishment of three Echinacea species for commercial production. Acta Hort. 208: 115-18.
35.Soltani, A., Gholipoor, M. and Zeinali, E. 2006. Seed reserve utilization and seedling growth of wheat as affected by drought and salinity. Environ. Exp. Bot. 55: 1. 195-200.
36.Soltani, A. 2007. Application of SAS in Statistical Analysis., Mashhad University press. 182p.
37.Soltani, A. and Maddah, V. 2010. Simple Applied Programs for Education and Research in Agronomy. Issa Press, 80p.
38.Soltani, A., Ghaderi-Far, F. and Soltani, E. 2008. Application of germination in response to temperature and water potential in seed science research. Proceedings of The First National Conference on Sciences and Technology of seeds. Gorgan, Iran.
39.Wettlaufer, S.H. and Leopold, A.C. 1991. Relevance of Amadori and Maillard products to seed deterioration. Plant Physiol. 97: 165-169.
40.Yaldagard, M., Mortazavi, S.A. and Tabatabaie, F. 2008. Application of ultrasonic waves as a priming technique for accelerating and enhancing the germination of barley seed: optimization of method by the taguchi approach.J. Inst. Brewing. 114: 14-21.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 26، شماره 3
آبان 1398
صفحه 21-36

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار