تغییرات کیفیت بذر و جوانه‌زنی برخی اکوتیپ های سیاهدانه (Nigella sativa L.) در دوره نمو و رسیدگی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری زراعت گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، پاکدشت، ایران

2 استاد گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، پاکدشت، ایران

3 دانشیار گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، پاکدشت، ایران

4 استادیار گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، پاکدشت، ایران

چکیده

سابقه و هدف: مطالعات اندکی در زمینه‌ی نمو بذر در گیاهان دارویی صورت گرفته است، ولی روی سیاهدانه تاکنون هیچ گزارشی در زمینه نمو بذر وجود ندارد. بنابراین، هدف از پژوهش حاضر بررسی صفات کیفی بذر شامل زمان تا رسیدگی وزنی و رسیدگی فیزیولوژیک، تغییرات جوانه‌زنی و خفتگی بذر در 14 اکوتیپ مختلف سیاهدانه بود.
مواد و روش‌ها: آزمایش در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی طی دو سال زراعی 1396-1397 و 1397-1398 در 3 تکرار و 7 زمان برداشت در دانشکده‌ی کشاورزی ابوریحان اجرا گردید. تیمارهای مورد آزمایش شامل 14 اکوتیپ بومی سیاهدانه (از سرتاسر کشور)، دمای جوانه‌زنی و زمان پس از گلدهی در طول نمو بذر روی بوته مادری بود. صفات مورد بررسی شامل وزن بذر و درصد رطوبت آن و نیز درصد جوانه‌زنی بذر در طول نمو بود. جهت تست جوانه‌زنی، آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد که تیمارها شامل دماهای مختلف و 14 اکوتیپ سیاهدانه با 3 تکرار انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که میزان رطوبت در طول نمو روی بوته‏ی مادری روند کاهشی داشت که در اولین نمونه‏گیری بالاترین درصد رطوبت در اکوتیپ اراک مشاهده شد و تا زمان برداشت روند کاهشی داشت. در زمان رسیدگی کامل، میزان رطوبت بذر در تمام اکوتیپ‏ها کمتر از 18 درصد بود. اکوتیپ‌های زابل 1، بجستان، سرایان و اشکذر، برای رسیدن به وزن حداکثری بذر خود، به کمترین زمان پس از گلدهی نیاز دارند، در نتیجه برای مناطق با فصل رشد کوتاه این اکوتیپ‌ها پیشنهاد می‌شوند. اکوتیپ خاف با 3/2 میلی‌گرم وزن تک بذر بیشترین وزن و اکوتیپ همدان با 072/0 میلی‌گرم افزایش وزن در روز، بالاترین سرعت پر شدن بذر را دارا بودند. در اکوتیپ‌های تفرش، زابل 2، اقلید، سمیرم، اراک، همدان، رزن، گردمیران جوانه‌زنی در طول نمو از 20 روز پس از گلدهی آغاز و تا پایان رسیدگی کامل روند افزایشی را دارا بود. در اکوتیپ‌هایی نظیر اصفهان، اشکذر، زابل 1، سرایان، خواف، از 20 روز پس از گلدهی جوانه‏‌زنی آغاز و تا 30 روز پس از گلدهی روند افزایشی در درصد جوانه‌زنی وجود داشت، ولی بعد از این زمان درصد جوانه‌زنی کاهش یافت و تا زمان رسیدگی کامل به صفر رسید که در واقع خفتگی اولیه به بذرها القاء شد.
نتیجه‌گیری: بنابراین، چنانچه هدف کشت بذر در مزرعه بلافاصله پس از رسیدگی باشد، اکوتیپ‌های تفرش، زابل 2، اقلید، سمیرم، اراک، همدان، رزن، گردمیران مناسب هستند. در بررسی دما نیز مشاهده شد که بالاترین درصد جوانه‌زنی برای همه اکوتیپ‌ها در دمای 10 درجه سانتی‌گراد مشاهده شد و با افزایش دما جوانه‌زنی آنها کاهش یافت و در دمای 30 درجه سانتی‌گراد به صفر رسید. اکوتیپ‌های همدان، سمیرم، زابل1، تفرش، گردمیران دارای بیشترین درصد جوانه‌زنی در دمای 10 درجه سانتی‌گراد در بین اکوتیپ‌های مورد آزمایش بوده‌اند. بنابراین، خفتگی در سیاهدانه احتمالاً از نوع فیزیولوژیک سطحی نوع 1 است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Changes of seed quality and germination of some black cumin ecotypes (Nigella sativa L.) during development and maturity

نویسندگان [English]

  • Mohadeseh Kiani 1
  • Iraj Alahdadi 2
  • Elias Soltani 3
  • Fatemeh Benakashani 4
1 Ph.D. Student, Dept. of Crop Sciences and Plant Breeding, Aburaihan College University of Tehran, Iran
2 Professor, Dept. of Crop Sciences and Plant Breeding, Aburaihan College, University of Tehran, Iran
3 Associate Prof., Dept. of Crop Sciences and Plant Breeding, Aburaihan College, University of Tehran, Iran
4 Assistant Prof., Dept. of Crop Sciences and Plant Breeding, Aburaihan College, University of Tehran, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: There are some reports on seed development in medicinal plants, but no information has been reported in seed development of Nigella sativa. The purpose of this study was to investigate seed quality traits including time to maturity and physiological maturity, germination and dormancy changes in 14 different ecotypes of black cumin.
Materials and methods: A randomized complete block design was conducted at the Aburaihan Campus of University of Tehran in 3 replications and 7 harvest times during two years of 2018 and 2019. Treatments were 14 native black cumin ecotypes (across Iran), germination temperature and post-flowering time during seed development on the mother plants. The studied traits included seed weight and moisture content and seed germination percentage during seed development. For germination test, a factorial experiment was conducted based on completely randomized design in three replicates which treatments consisted of different incubation temperatures and 14 ecotypes of N. sativa.
Results: The results showed that the moisture content during development on the mother plants had a decreasing trend. In the first sampling, the highest percentage of moisture was observed in Arak ecotype and had a decreasing trend until harvest. At full maturity, seed moisture content in all ecotypes were less than 18%. Ecotypes of Zabol1, Bajestan, Sarayan, and Ashkedaz required the lowest time after flowering to reach their maximum seed weight, thus there was recommended for regions with short growing season. The Khaf ecotype with 2.3 mg seed weight had the highest weight and the Hamadan ecotype with 0.072 mg/day had the highest seed filling rate. In the ecotypes of Tafresh, Zabol2, Eghlid, Semirom, Arak, Hamadan, Razan, and Gerdmiran germination started 20 days after flowering and had an increasing trend until physiological maturity. In ecotypes such as Isfahan, Eshkezar, Zabol1, Sarayan, and Khaf germination started from 20 days after flowering and up to 30 days after flowering there was an increase in germination percentage, but after this time the percentage of germination decreased and reached zero until the full maturity, which in fact primary dormancy induced to the seeds.
Conclusion: Therefore, if the planting of seeds is done immediately after harvest, ecotypes of Tafresh, Zabol2, Eghlid, Semirom, Arak, Hamadan, Razan, Gerdmiran are suitable. Incubation temperature also showed that the highest germination percentage for all ecotypes was observed at 10 °C and decreased with increasing temperature and reached zero at 30 °C. Ecotypes of Hamadan, Semirom, Zabol1, Tafresh, and Gerdmiran had the highest germination percentage at 10 °C among the studied ecotypes. Therefore, dormancy in black cumin is probably Type 1 of nondeep physiological dormancy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Black cumin
  • Dormancy
  • Germination
  • Seed development
  • The rate of seed filling

مراجع

1.Ajayi, S.A., Rühl, G. and Greef, J.M. 2005. Physiological basis of quality development in relation to compositional changes in maize seed. Seed Sci. Technol. 33: 3. 605-621.
2.Arana, M.V., Gonzalez‐Polo, M., Martinez‐Meier, A., Gallo, L.A., Benech‐Arnold, R.L., Sánchez, R.A. and Batlla, D. 2016. Seed dormancy responses to temperature relate to Nothofagus species distribution and determine temporal patterns of germination across altitudes in Patagonia. New Phytol. 209: 2.507-520.
3.Association of Seed Analysts (AOSA). 2009. Seed vigor testing handbook, Contribution No. 32: The Handbook on Seed Testing, 334p.
4.Bakhshandeh, E., Ghadiryan, R. and Ghaderi-Far, F. 2011. Changes in seed quality during seed development and maturation in four cultivars sesame (Sesamum indicum L.). Plant Prod Sci. 18: 2. 1-24. (In Persian)
5.Baskin, C.C. and Baskin, J.M. 2014. Seeds: ecology, biogeography, and evolution of dormancy and germination, 2nd Edn. San Diego, CA: Academic Press, 1586p.
6.Baskin, C.C. and Baskin, J.M., 1998. Seeds: ecology, biogeography, and, evolution of dormancy and germination, San Diego, CA: Academic Press, 1420p.
7.Baskin, J.M. and Baskin, C.C. 1985.The annual dormancy cycle in buried weed seeds: a continuum. J. BioSci.35: 8. 492-498.
8.Baskin, J.M. and Baskin, C.C. 2004. A classification system for seed dormancy. Seed Sci. Res. 14. 1. 1-16.
9.Bedane, G.M., Gupta, M.L. and George, D.L. 2006. Optimum harvest maturity for guayule seed. J. Crop Prod. 24: 1. 26-33.
10.Bernareggi, G., Carbognani, M., Mondoni, A. and Petraglia, A. 2016. Seed dormancy and germination changes of snow bed species under climate warming: the role of pre-and post-dispersal temperatures. Ann. Bot. 118: 3. 529-539.
11.Berti, M.T., Burton, L. and Manthey, L.K. 2007. Seed physiological maturity in Cuphea. Indust. Crop. Prod.25: 1. 190-201.
12.Coolbear, P. 1995. Mechanisms of seed deterioration, in seed quality: BMAAI J. (ed. A.S. Basra). Howorth Press Inc.
Pp: 223-227.
13.Coste, F., Ney, B. and Crozat, Y.2001. Seed development and seed physiological quality of field grown beans (Phaseolus vulgaris L.) Seed Sci. Technol. 29: 2. 121-136.
14.Darrock, B.A. and Baker, R.J. 1995. Two measures of grain filling inspring in spring wheat. Crop Sci.35: 2. 164-168.
15.Day, J.S. 2000. Development and maturation of sesame seeds and capsules. Field Crop. Res. 67: 1. 1-9.
16.Daynard, T.B., Tanner, J.W. and Duncan, W.G. 1971. Duration of the grain filling period and its relationship to grain yield in corn, (Zea mays L.). Crop Sci. 11: 1. 45-48.
17.Duddu, H.S. and Shirtliffe, S.J. 2014. Variation of seed dormancy and germination ecology of cowcockle (Vaccaria hispanica). Weed Sci.62: 3. 483-492.
18.Egli, D.B. 1998. Seed biology and yield of grain crops. CAB international, Wallingford, UK.
19.Egli, D.B., TeKrony, D.M., Heitholt, J.J. and Rupe, J. 2005. Air temperature during seed filling and soybean seed germination and vigor. Crop Sci.45: 4. 1329-1335.
20.Ellis, R.H. and Pieta-Filho, C. 1992.The development of seed quality in spring and winter cultivars of barley and wheat. Seed Sci. Res. 2: 1. 9-15.
21.Ellis, R.H., Hong, T.D. and Roberts, E.H. 1987. The development of desiccation-tolerance and maximum seed quality during maturation in six grain legumes. Ann. Bot. 59: 1. 23-29.
22.Ellis, S.G. and Copeland, L.O. 2001. Physiological and harvest maturity of canola in relation to seed quality. J. Agron. 93: 5. 1054-1058.
23.Erkan, N., Ayranci, G. and Ayranci, E. 2008. Antioxidant activities of rosemary (Rosmarinus officinalis L.) extract, blackseed (Nigella sativa L.) essential oil, carnosic acid, rosmaric acid and sesamol. Food Chem. 110: 1. 76-82.
24.Finch‐Savage, W.E. and Leubner‐Metzger, G. 2006. Seed dormancy and the control of germination. New Phytol. 171: 3. 501-523.
25.Finkelstein R.R., Tenbarge, K.M., Shumway, J.E. and Crouch, M.L. 1985. Role of ABA in maturation of rapeseed embryos. Plant Physiol. 78: 3. 630-636.
26.Ghaderi-Far, F., Bakhshandeh, E. and Ghadirian, R. 2010. Evaluating seed quality in sesame (Sesamum indicum L.) by the accelerated ageing test. Seed Technol. 32: 1. 69-72.
27.Ghaderi-Far, F., Soltani, A. and Sadeghipour, H.R. 2011. Changes in seed quality during seed development and maturation in medicinal pumpkin.J. Herbs. Spices Med. Plants.17: 3. 249-257.
28.Grappin, P., Bouinot, D., Sotta, B., Miginiac, E. and Jullien, M. 2000. Control of seed dormancy in Nicotiana plumbaginifolia: post-imbibition abscisic acid synthesis imposes dormancy maintenance. Planta. 210: 3. 279-85.
29.Gutterman, Y. 2000. Maternal effects on seed during development. In Seeds: the ecology of regeneration in plant communities (Ed. M. Fenner), 59-84. Wallingford, UK: CAB International.
30.Hail, T.A. and Shirtliffe, S.J. 2014. Effect of harvest timing on dormancy induction in canola seed. Weed Sci.
62: 3. 548-554.
31.Hampton, J.G., Boelt, B., Rolston, M.P. and Chastain, T.G. 2013. Effects of elevated CO2 and temperature on seed quality. J. Agric. Sci. 151: 2. 154-162.
32.Hapkinson, J.M. and Clifford, P.T.P. 1993. Mechanical harvesting and processing of temperature zone and tropical pasture seed. Proceeding of the 17th International Grassland Congress. 17: 1815-1822.
33.Huang, H. and Song, S. 2013. Change in desiccation tolerance of maize embryos during development and germination at different water potential PEG-6000 in relation to oxidative process. Plant Physiol. Biochem. 68: 1. 61-70.
34.Khan, A.A. 1971. Cytokinins: Permissive role in seed germination. Science 171: 3974. 853-859.
35.Khatun, A., Kabir, G. and Bhuiyan, M.A.H. 2009. Effect of harvesting stages on the seed quality of lentil (Lens culinaris L.) J. Agric. Res. 34: 4. 565-576.
36.Kranner, I., Arc, E., Pritchard, H.W., Seal, C., Colville, l., Borner, A., Neal, M., Baily, C., Soppe, W., Koornneef, M., Awan, S., Marion-Poll, A., Rajjou, L., Baily, M., Foyer, C.H., West, C., Waterworth, W., Sanchez, O.L., Krieger-Liszkay, A., Cayrel, P. and Finch-savage, W. 2016. Effects of the maternal environment on seed quality. 31st ISTA Seed Symposium abstracts. Pp: 21-22.
37.Mahesha, C.R., Channaveeraswami, A.S., Kurdikeri, M.B., Shekhargouda, M. and Merwade, M.N. 2001. Seed maturation studies in sunflower genotypes. Seed Sci. Res. 29: 1. 95-97.
38.Marañón, T. and Grubb, P.J. 1993. Physiological basis and ecological significance of the seed size and relative growth rate relationship in Mediterranean annuals. Func. Ecol. 7: 5. 591-599.
39.McDonald, M.B. and Copeland, L.O. 1989. Seed science and technology laboratory manual. Iowa State University Press.
40.Perry, D.A. 1982. The influence ofseed vigor on vegetable seedling establishment. Hort. Sci. 33: 1. 67-75.
41.Rasyad, D.A., Van Sanford, D.A. and Tekrony, D.M. 1990. Changes in seed viability and vigour during wheat
seed maturation. Seed Sci. Technol.18: 3. 259-267.
42.Rezvani, E., Ghaderifar, F., Hamidi,A. and Soltani, E. 2015. Evaluationof various indicators related to physiological maturity, harvest time and highest seed quality determination in hybrid maize (Zea mays L.). Iran. J. Seed Sci. Res. 4: 2. 83-95. (In Persian)

43.Salehi Surmaghi, M.H. 2008. Nigella sativa. Herbal Med Herbal Therapy, Donyay Taghziah press, Iran Tehran.2: 216-9. (In Persian)

44.Cheikh-Rouhou, S., Besbes, S., Deroanne, C., Hentati, B., Blecker,C. and Attia, H. 2007. Nigella sativaL: Chemical composition and physicochemical characteristics of lipid fraction. Food Chem. 101: 2. 673-681.
45.Santos, R.F.D., Gomes-Junior, F.G. and Marcos-Filho, J. 2020. Morphological and physiological changes during maturation of okra seeds evaluated through image analysis. Sci. Agric.77: 3.e20180297.
46.Savaedi, Z., Parmoon, G., Moosavi,S.A. and Bakhshande, A. 2019. Therole of light and gibberellic acid on cardinal temperatures and thermal time required for germination of Charnushka (Nigella sativa) seed. Indus. Crop. Prod.
132: 2. 140-149.
47.Soltani, A. and Maddah, V. 2010. Simple applied programs for education and research in agronomy. ISSA press. First Edition, Iran, 80p. (In Persian)
48.Soltani, A., Robertson, M.J., Torabi, B., Yousefi-Daz, M. and Sarparast, R. 2006. Modelling seedling emergence in chickpea as influenced by temperature and sowing depth. Agr. Forest Meteorol. 138: 1-4. 156-167.
49.Soltani, E., Baskin, C.C. and Baskin, J.M. 2017. A graphical method for identifying the six types of non‐deep physiological dormancy in seeds. Plant Biol. 19: 5. 673-682.
50.Soltani, E., Baskin, J.M. and Baskin, C.C. 2019. A review of the relationship between primary and secondary dormancy, with reference to the volunteer crop weed oilseed rape (Brassica napus). Weed Res. 59: 1. 5-14.
51.Spears, J.F., Tekrony, D.M. andEgli, D.B. 1997. Temperature duringseed filling and soybean seed germination and vigor. Seed Sci. Technol. 25: 4. 233-244.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 27، شماره 4
اسفند 1399
صفحه 227-240

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار