تنش سرما در گیاهان
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».
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