ارسالی از گروه بحث بیوتکنولوژی(زیست فن شناسی) کشور

 

Scientists Map Rice Genome, Predict Higher Yields

UK: August 11, 2005

 

LONDON - Scientists claimed a major breakthrough on Wednesday in the drive to produce rice more cheaply and efficiently, saying they had completed the first map of the cereal's genome, or genetic code.

That should allow agriculturalists to increase rice yields, potentially benefiting billions of people who rely on the crop as their main food source.

"This is a breakthrough of inestimable significance, not only for science and agriculture but also for all those people who depend on rice as their primary dietary staple," said Joachim Messing, one of the scientists involved in the project.

Researchers from 10 countries worked together to identify all 37,544 genes in rice and establish the position of each gene on rice's 12 chromosomes.

They said they had identified some particularly important genes which might increase yield and productivity.

Private companies Monsanto and Syngenta, among others, had previously produced partial sequences which led to genetic modification of rice but had not been able to draw up a full model.

The two companies gave their draft sequences to scientists from the International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP), a public consortium which finished the job.

"The genetic map will greatly speed the hunt for genes that increase yield, protect against disease and pests or provide drought-resistance in rice and other cereal crops," said Robin Buell, the IRGSP's lead investigator.

The IRGSP says the implications are enormous simply because rice is so essential to so many people.

According to the United Nations, rice supplies 20 percent of the world's dietary energy supply. In Asia, more than 2 billion people obtain 60-70 percent of their calories from rice or rice-derived products.

With populations growing in the developing world, rice is set to become even more important.

Consumption trends suggest that 4.6 billion people will be reliant on it by 2025 compared to around 3 billion now. That means rice production will have to grow by around 30 percent to keep up with demand.

Experts say the mapping of the rice genome also has implications for the production of other cereals.

Messing, the director of a microbiology institute at one of the 32 institutions involved in the IRGSP, described the rice genome as "the Rosetta Stone of all the bigger grass genomes".

تأثير مواد غذايي خاك در كيفيت برنج - فردوس عادلی مسبب

برای من برنج

برای او به رنج

برای من غذا

برای او چو گنج

              اوینار

ترجمه: فردوس عادلی مسبب

نویسنده: Huang Jun – Fu

 

تأثير مواد غذايي خاك در كيفيت برنج

 

         كشاورزان چيني از زمان هاي بسيار دور رابطه بين خواص مختلف خاك و ميزان محصول و كيفيت برنج را به خوبي  مي شناخته‌اند. ولي تاكنون، تعداد اندكي تحقيقات علمي در اين مورد وجود دارد. اين مقاله رابطه‌ي بين مواد غذايي خاك‌هاي مختلف و كيفيت برنج را در 9 شاخص كيفي استان هونان چين مورد آزمايش قرار داده است.

         شش نوع خاك زراعي شاليزاري متفاوتي جمع آوري و در آزمايش‌هاي گلداني طوري مورد استفاده قرار گرفتند كه از نظر عوامل خارجي (محيطي) و مراقبت‌هاي زراعي يكسان بوده و به اين ترتيب اثر عناصر غذايي در كيفيت برنج را بررسي كردند.

          نتايج نشان مي دهد  كه ماده آلي خاك نيز مانند محتويات ازت ، گوگرد، كلسيم ، منيزيم ، منگنز ، مس ، موليبدن و كلر با كيفيت برنج ارتباط  دارد. به هر حال كيفيت برنج با هر دو عامل محيط و زادشناسي (Genetic) تعيين مي‌شود. بنابراين، هر رقمي از برنج نسبت به شرايط محيطي مختلف مي تواند پاسخ هاي متفاوتي داشته باشند و با در نظر گرفتن چنين حقايقي بايستي نتيجه گيري شوند.

         شش نوع خاك مورد مطالعه عبارت بودند از: (1) خاك زرد متمايل به قرمز (2) خاك زرد، (3) خاك آهكي ارغواني، (4) خاك رسي ارغواني،(5) خاك زرد خاكستري و (6) خاك زرد. اين نمونه‌ها از لايه‌هاي خاك شخم خورده مزارع شاليزاري مختلف جمع آوري شدند. عناصر غذايي هر يك از اين خاك‌ها به روش تجزيه‌اي تعيين و در جدول 1 نمايش داده شد.

         بوته‌هاي برنج در گلدان‌هاي محتوي 30 كيلوگرم خاك خشك شده نشاء شد. و گلدان‌ها براي هر نوع خاك در شش تكرار به طور تصادفي در مزرعه قرار داده شدند. اين آزمايش در سه دوره‌ي كشت متوالي انجام شد. برنج‌هاي مورد آزمايش عبارت بودند از زودرس 40-61-82 و ارقام ديررس Xiang Yu 102

و .002-8X-88

         كودهايي كه در اين آزمايش‌ها به كار رفتند عبارت بودند از اوره، سوپر فسفات و كلرو پتاسيم. براي برنج زودرس 100 گرم ازت، 4/0 گرم P2O5  و 7/0 گرم K2O  درهر گلدان. براي ارقام برنج ديررس 32/1 گرم ازت، 4/0 گرم P2O5  و 94/0 گرم K2O  در هر گلدان مورد استفاده قرار گرفت. تمام كودهاي فسفر و پتاسيم و 60 درصد ازت هنگام نشاء كاري و 40 درصد بقيه ازت در مرحله آغاز پنجه‌زني به خاك افزوده شدند. همه‌ي تيمارها از نظر اثرات مراقبت‌هاي زراعي مورد كنترل دقيق قرار گرفتند.

 

         جدول 1- خواص شيميايي خاك مورد استفاده در آزمايش.

 

شماره تيمار خاك	نوع خاك	مواد مادري	PH	مواد آلي كل	نيتروژن كل	گوگرد	بر	موليبدن	منگنز	مس	ازت
1	زرد متمايل به آبي	رس قرمز دوران چهارم	5/6	30/3	200/0	0/43	54/0	12/0	3/63	95/1	154
2	زرد	سنگ لوح	2/6	97/3	266/0	8/51	33/1	42/0	2/52	67/2	244
3	آهكي ارغواني	رسوبات درياچه‌اي	7/7	79/2	203/0	4/66	28/0	16/0	0/34	12/5	137
4	رسي ارغواني	شيل ارغواني	1/7	56/2	180/0	4/26	26/0	08/0	2/41	14/1	135
5	زرد خاكستري	سنگ آهك	3/6	01/4	242/0	7/55	35/0	18/0	9/42	49/2	223
6	زرد	شيل	9/5	11/3	206/0	4/26	38/0	12/0	9/10	77/2	172

 

60 درصد ازت هنگام نشاء كاري و 40 درصد بقيه ازت در مرحله آغاز پنجه‌زني به خاك افزوده شدند. همه‌ي تيمارها از نظر اثرات مراقبت‌هاي زراعي مورد كنترل دقيق قرار گرفتند.

         دانه‌هاي برنج پس از برداشت در آفتاب كاملاً  خشك شده و مدت 3 ماه در شرايط انباري نگهداري گرديدند. چگونگي اثر هر يك از خاك‌ها مطابق 9 شاخص كيفي برنج ارزيابي شدند كه عبارت بودند از: بازده برنج قهوه‌اي، سفيد، سالم(دانه‌هاي كامل)، دانه‌هاي كچي (دانه‌هاي سفيد غير يكنواخت)، دانه‌هاي كاملاً گچي، درجه حرارت ژلاتيني، پيوستگي ژل و آميلوز و محتويات پروتئين، شاخص‌هاي كيفي فوق از استاندارد‌هاي محلي استان هونان است.

         ماده آلي خاك به روش اكسيداسيون با بيكرومات پتاسيم، pH با الكترود شيشه‌اي تعيين شد. نيتروژن كل با استفاده از روش كجلدال استاندارد اندازه گيري شد. فسفر كل پس از ذوب قليايي با NaOH  

به روش رنگ سنجي موليبدات آمونيم آبي و مقدار پتاسيم كل با نورسنجي  شعله‌اي مورد سنجش قرار گرفتند. نيتروژن قابل استفاده به روش اولسن تعيين شد. پتاسيم قابل جذب نيزپس از استخراج با استات آمنيوم نرمال خنثي با استفاده از روش نور سنجي شعله اي اندازه گيري شد. كلسيم‏، منيزيم و آهن پس از استخراج با محلول DTPA به وسيله طيف سنجي جذب اتمي اندازه گيري شد. موليبدن قابل جذب با اكسالات آمونيوم در pH 3.3 استخراج و با اوسيلوسكوپ پولارو گرافي تعيين گرديد. كلر قابل استفاده با سولفات پتاسيم 5 درصد استخراج و به روش تيتراسيون با نيترات نقره مورد سنجش قرار گرفت. گوگرد قابل جذب با Ca(H₂PO₄)₂ محلول در اسيد استيك دو نرمال تعيين گرديد و بر (B) قابل جذب با آب جوش استخراج شده و سپس به روش آزومتين – اچ اندازه گيري شد.

 

1) كيفيت برنج و مقدار نيتروژن و ماده‌ي آلي خاك

            نتايج نشان مي دهد،  در سطوح كودي يكسان، بين محتويات پروتئين برنج و مقدار طبيعي ماده آلي  و نيتروژن كل خاك همبستگي معني داري وجود دارد. ضرايب همبسگي (r) عبارت بودند از: ^* 938/0 و 830/0 و، (05/0= P). در صورتي كه سطح ماده آلي، نيتروژن كل، نيتروژن قابل جذب خاك ها با مقدار آميلوز برنج داراي همبستگي معني دار منفي بود. نتايج نشان مي دهند كه رشد برنج در خاك هاي با ماده آلي و يا نيتروژن زياد هميشه محتويات پروتئين را افزايش مي دهد. به ويژه اين افزايش پروتئين در ارقام ديررس بيش‌تر مي‌باشد. افزايش محتويات پروتئين اندازه گيري شده در هردانه برنج با كاهش مقدار آميلوز همراه است.

 

2) كيفيت برنج و مقدار گوگرد خاك

            در صد برنج سالم از مهم ترين شاخص هاي كيفي پس از تبديل محسوب مي‌گردد. پس از تبديل شلتوك به برنج سفيد، هرچه مقدار برنج سالم بيشتر باشد بازارپسندي بيش‌تري را حايز خواهد گرديد. جدول 2 همبستگي مثبت بين مقدار گوگرد قابل جذب و در صد برنج سالم را نشان مي‌دهد. اين نتايج براي برنج ديررس سطح معني داري (05/0=P ) و براي محتويات پروتئين سطح معني داري (1/0= P ) همبستگي متفاوتي را نشان داد. گوگرد قابل جذب خاك با مقدار پروتئين دانه برنج همبسگي معني دار مثبت ولي با برنج سالم معني دار نبود. ملاحظه مي‌شود، پروره‌هاي گوناگون برنج نسبت به گوگرد قابل استفاده خاك پاسخ‌هاي متفاوتي دارند. اما به طور كلي، زراعت برنج در خاك‌هاي با گوگرد قابل جذب زيادتر محصول با كيفيت دانه‌ي نسبتاً بهتري را حاصل خواهد كرد.

 

جدول 2 – كيفيت برنج و مقدار گوگرد خاك

شماره تیمار	ارقام برنج دیررس			ارقام برنج زودرس
	گوگرد قابل جذب(ppm)	برنج سالم(%)	پروتئین(%)	گوگرد قابل جذب(ppm)	برنج سالم(%)	پروتئین(%)
1	43	3/47	60/8	0/14	1/24	5/6
2	28/51	1/52	65/9	5/26	0/31	7/6
3	4/66	6/55	94/8	5/59	8/30	1/9
4	4/26	5/44	54/7	0/14	7/17	0/7
5	7/55	0/58	70/8	5/18	0/28	5/7
6	4/26	6/46	22/8	-	-	-
R	^*892/0	^∆ 738/0			633/0	^*0896/0

توضیح: * و ∆ به ترتیب سطح معنی داری 5% و 10% را نمایش می دهند.

 

 

 

3) كيفيت برنج و مقدار كلسيم و منيزيم خاك

            كلسيم و منيزيم قابل مبادله خاك نيز در كيفيت برنج تأثير مي‌گذارد. نتايج اين مطالعه نشان مي‌دهد كه كلسيم با مقدار پروتئين و پيوستگي ژل دانه برنچ همبستگي معني دار مثبتي دارد، در حالي كه منيزيم با پروتئين دانه همبستگي معني دار منفي را نشان مي‌داد. به نظر مي‌رسد در خاك‌هاي معمولي هر چه كلسيم قابل جذب خاك بيشتر باشد، پيوستگي ژل بيشتر خواهد بود و در نتيجه برنج نرم‌ تر و خوش مزه‌تر مي‌گردد. علاوه بر اين به موجب افزايش پروتئين كيفيت غذايي آن نيز بهبود مي يابد. از طرف ديگر، هر چه مقدار منيزيم قابل مبادله خاك بيشتر باشد، پروتئين آن كاهش مي‌يابد. كلسيم و منيزيم از عناصر غذايي ضروري خاك براي رشد برنج هستند. در مورد تأثير كلسيم در كيفيت برنج گزارش هاي فراواني وجود دارد. بعضي كشاورزان به افزايش پروتئين برنج در اثر كمبود منيزيم يا پتاسيم پي برده‌اند. آن‌ها پيشنهاد مي‌كنند كه منيزيم با بهتر كردن فتوسنتز برنج باعث افزايش ذخاير نشاسته‌اي دانه شده و در نتيجه محتويات پروتئين كاهش مي يابد.

4- كيفيت برنج و منگنز

بين منگنز قابل جذب خاك و ميزان گچي بودن دانه برنج همبستگي معني داري وجود دارد. اصطلاح گچي هم براي شكم سفيدي و هم براي مغز سفيدي و هم پشت سفيدي دانه به كار مي رود. شاخص گچي ميزان وسعت سفيدي گچي و غير شفاف(%) دانه را نشان مي دهد. براي مثال هر چه سطح گچي دانه‌ها بيشتر باشد، كيفيت آن پايين تر خواهد بود. جدول3 نشان مي دهد كه با افزايش مقدار منگنز قابل جذب خاك، درصد دانه گچي و سطح گچي دانه‌ها نيز افزايش مي يابد. همبستگي براي هر دو معني دار است، يعني اگر منگنز قابل جذب در خاك زياد شود، كيفيت ظاهر پسندي برنج پايين خواهد آمد. پيش از اين تحقيق، تأثير منگنز در سطح گچي دانه ناشناخته بود. تشكيل ناقص كربوهيدرات‌ها به علت محدوديت سنتز و انتقال آن‌ها باعث ايجاد گچي مي‌شود. در اين دانه‌ها اندوخته‌هاي نشاسته‌اي در تعدادي از لايه‌هاي ياخته‌اي سطحي (دور از مركز) فقير بوده و با انعكاس نور به رنگ سفيد غير شفاف ديده مي شود. گچي شدن معمولاً در مرحله پر شدن دانه اتفاق مي افتد. محتويات مواد تنظيم كننده رشد(هورمون) ايندول استات در مرحله بين گلدهي و پر شدن دانه از كربوهيدرات‌ها به حداكثر مي رسد. افزايش اين هورمون در انتقال محصولات همانند سازي (آسيميلاسيون) به خوشه سودمند است. زيادي مقدار منگنز در حد سمي، بيدرنگ مقدار ايندول استات را در گياه كاهش مي دهد. احتمالاً منگنز در حد سمي باعث تخريب يا انهدام حفاظ ايندول استات مي گردد. منگنز نيز انتقال محصولات همانند سازي به درون دانه (آندوسپرم) را مي تواند كاهش داده و در نتيجه بر ميزان گچي بيفزايد.              

مدیریت آب در شالیزار - تیمور رضوی

تحقیقات مدیریت آب در شالیزار

 

ترجمه: تيمور رضوي (خاک شناسی، فیزیک و رابطه آب و خاک)

         

نویسنده: Bas Bouman محقق موسسه بین المللی تحقیقات برنج در فیلیپین 

 

كشاورزان با اجراي پروژه‌هاي بزرگ آبياري در آينده هيچ گونه آب بهايي براي آبي كه استفاده مي‌كنند نمي‌پردازند مگر آن هايي كه در اثر استفاده از آب راندمان بالايي كسب نمايند. اين امر نتيجه كار بسيار برجسته و خوبي بود كه گروهي از محققين مؤسسه تحقيقات بين‌المللي برنج بعد از چهار سال كار كردن در يكي از شبكه‌هاي بزرگ آبياري فيليپين به آن دست يافتند. هدف اصلي اين گروه توسعه و بسط تكنولوژي هايي بود كه قادر به نگهداري و ذخيره بيشتر آب در سطح مزرعه خصوصاً در شاليزار باشد ولي مطالعاتشان آن ها را به سمتي هدايت كرد كه ديد وسيع تري داشته باشند و شروع به تفّكردر باره مسائلي كردند كه آب علاوه بر مصرف شدن در راه هاي ديگری به صورت هدررفت خارج مي شود. بنابراين، با درك اين امر كه آب در كشاورزي بعنوان يك نهاده لازم و ضروري مخصوصاً اين كه برنج كاري يكي از بزرگ ترين مصرف كنندگان آب در كشاورزي است، خواهد بود. به اين ترتيب كشاورزان بايد راهكارهاي استفاده از آب با راندمان بيشتر را ياد بگيرند اگر چه تلاش براي متقاعد كردن آن ها جهت تشخيص ضرورت بالا بردن راندمان استفاده از آب بستگي به ميزان درك آن ها و ميزان پذيرش آن ها دارد. 

        دكتر با‌س‌بومن سرپرست تيم مذكور در ايري كه يكي از محققين آب مي‌باشد،  مي‌گويد كه راندمان پائين به اين علت است كه هيچ گونه آب‌بهايي از كشاورزان دريافت نمي‌شود.

        كشاورزاني كه از آب در قسمت هاي بالادست شبكه آبياري استفاده مي‌كنند مقدار زيادي از آب را تلف مي‌نمايند. حتي با وجودي كه مي‌دانند، كشاورزان ديگر در پائين‌دست شبكه آب رسانی ممكن است محروم باقي بمانند. با اين كه مديريت شبكه تلاش كرده و انرژي زيادي را صرف نموده است تا كشاورزان را متقاعد سازد كه از اين آب به مقدار مورد نياز خود استفاده نمايند ولي اين تلاش ها نتوانسته است مثمر ثمر واقع شود. دكتر باس بومن مي‌گويد كه اقتصاددانان معتقدند كه راندمان استفاده از آب هنگامي بالا خواهد رفت كه همگام با تأمين آب، آب‌بهايي نيز به آن ضميمه گردد. اگر چه تأمين و فراهم كردن آب براي مناطق حساس به آب آبياري يعني مناطقي كه دچار كمبود آب هستند تشكر و قدرداني كشاورزان اين مناطق را به دنبال خواهد داشت. گروه مذكور در حال تلاش و بررسي براي رسيدن به این هدف مي‌باشد. اين بررسي ها در واقع با سؤالاتي از قبيل زير شروع شد: آبي كه در اثر اسراف كشاورزان تلف مي‌شود به كجا مي‌رود؟ و چگونه مي‌توان اين آبها را به شبكه‌هاي آبياري برگشت داده و مجدداً از آن استفاده نمود؟

       دست‌يابي به ذخيره و جمع‌آوري بيش تر آب در حالت اصولي و قانوني، لازمه‌اش ممانعت بيشتر از پرت آب از شبكه‌هاي كانال هاي آبياري و همچنين متقاعد كردن كشاورزان به اين واقعيت است كه بدانند براي آبياري كردن نياز به بالا بردن راندمان استفاده هر چه بيشتر از آب ضروري مي‌باشد.

        گروه دكتر بومن جهت كنترل بهتر و جلوگيري از اتلاف آب و نيز براي بازيافت مجدد از آب هاي تلف شده نقشه اي از شبكه آبياري و در كنار آن ليستي از كشاورزان بهره مند از آن را تهيه كرده است.

        دكتر بومن مي‌گويد: همان طور‌ي كه به فكرتأمين آب به اندازه مورد نياز در سطح مزرعه هستيم، تلاش مي‌كنيم كه راندمان استفاده مجدد از آب هاي تلف شده را نيز بالا ببريم.

اگر آب داخل مزارع از طريق تراوش از دسترس خارج شده و به يك مسير مشخصي هدايت شوند و يا به داخل رودخانه سرازير شوند، آيا مي‌توان آنرا از طريق پمپاژ برگردانده و در جاي ديگر مجدداً مورد استفاده قرار داد؟ و آيا در شبكه هاي آبياري راههاي فرعي براي برگشت و استفاده دوباره از آب تعبيه شده است؟

بهترين هدفي كه از مجموع اين فعاليت ها درمد نظر است اين است كه كدام يك از كارهايي كه انجام مي‌شود مي‌توانند ميزان آب دهي شبكه آبياري را توسعه داده و از 100000 هكتار به 120000 هكتار برساند. البته دو سد جديد و زير‌سازي تونل ها و كانال ها در لازون مركزي در آينده نزديك براي بيشتر از 50000 خانوار آب آبياري به مقدار كافي را تأمين خواهد كرد.

       دكتر بومن مي‌گويد: مسائلي كه براي اغلب شبكه‌هاي بزرگ آبياري وجود دارد مشترك بوده و تكنيك هايي كه به وسيله مهندسين در مرحله طراحي مورد استفاده قرار گرفته مي‌تواند براي اكثر شبكه هاي آبياري قابل توجه و مفيد باشد.

اصلاح نوعی برنج هوازی راه حلی برای مقابله با بحران كمبود آب - تیمور رضوی

اصلاح برنج هوازی راه حلی برای مقابله با بحران كمبود آب

 

منبع: Bas Bouman ,International Rice Research Istitute ( IRRI)

 

ترجمه: تيمور رضوي (خاک شناسی، فیزیک و رابطه آب و خاک)

 

      محققين مؤسسه بين‌المللي تحقیقات برنج در فیلیپین، كارتهيه و آماده كردن نوعي از برنج را شروع كرده اند كه به‌جاي برنجي كه در حالت معمول به‌صورت غرقابي رشد مي‌كند، مي‌تواند در مناطق خشك تحت آبياري نيز رشد كرده و عملكرد بالايي داشته باشد. اين برنج در واقع از ارقامي تهيه مي‌شود كه در شرايط عادي در مناطق استوایی كشت مي‌گردد. اين محققين رقم جديد را برنج هوازي نامگذاري كرده و انتظار دارند تا پنج سال آينده به آن دست يابند. اما آن ها در اين راه با  مشكل شدیدی روبرو شده اند و آن مسأله كاهش عملكرد در اين مناطق است. اين پروژه با علم و آگاهي از كاهش منابع آبي كشاورزي به دليل سرازير شدن مقدار زيادي از آن به شهرها جهت مصرف شرب و صنایع شروع شد. روش كاشت مرسوم اين است كه برنج در طول دوره رشد 4 تا 5 ماهه خود به حالت غرفاب باقي مي‌ماند و مقدار قابل توجهي از آب آن از طريق نفوذ عمقي بداخل خاك، تبخير، و نيز بصورت تراوشات جانبي از دسترس ريشه گياه خارج مي‌شود.

مؤسسه ايري گروه فعّالی را متشكل از متخصصين اصلاح نباتات، فيزيولوژيست گياهي، و متخصصين علوم خاك و آب با عنوان گروه كاري برنج هوازي تشكيل داد تا بتواند مسائل و مشكلاتي را كه درراه تغيير شرايط طبيعي كاشت برنج وجود دارند، بررسي نموده و در نهايت بتوانند يك سازگان مديريتي بدون نقصی را تدارك ببينند تا برنج را با نصف مقدار آب مصرفي خود در شرايط عادي، در مناطق خشك رشد دهند. البته در حال حاضر ارقامي از برنج وجود دارند كه در مناطق دیم کاری و خشك، كشت مي‌گردند. ولي اين ارقام نه مي‌توانند پتانسيل عملكرد واريته‌هاي محلي را داشته باشند و نه نسبت به آبياري و كوددهی عكس‌العمل نشان مي‌دهند. دكتربومن مي‌گويد:  مجبوريم از یک مسير طولاني عبور کنيم. قبل از هر چيز متخصصين اصلاح نباتات ما بايد ارقامي را كه مخصوص مناطق استوايي بوده و مي‌توانند در خاك هاي خشك به خوبي رشد كنند، بيابند. سپس عواملي را كه منجر به كاهش عملكرد مي‌شوند، به شناسند. آنگاه، كاري كه بايد انجام شود، مشخص كردن نحوه مديريت كشت و كار محصول مي‌باشد. مثلا بايد بدانيم مقدار آب مورد نياز گياه چقدر است؟ چگونه مي‌توانيم علف هاي هرز را كنترل كنيم؟ و مقدار مناسب و لازم هر یک ازعناصر غذايي براي گياه برنج چقدر است؟

اين پروژه در‌حقيقت به سرعت با مطالعه بر‌روي ارقام هوازي توسعه‌يافته در‌شمال چين و برزيل شروع شد. اين ارقام در حقیقت همان ارقامی بودند كه براي مناطق نيمه استوايي و معتدل توسعه يافتند. هدف اوليه آزمایش كردن سازگاري آن ها در مناطق استوايي است. اين ارقام به طور آزمايشي در چين و فيليپين كشت مي‌شوند و به زودي در هند نيز كشت خواهند شد. يعني در مناطقي كه احتمالا در آينده كمبود آب بصورت يك مشكل جدي وجود خواهد داشت. در اين ميان متخصصين اصلاح نبات مؤسسه بين‌المللي تحقیقات برنج در مورد بعضي از ارقام برنج كار مي‌كنند و ارقامی را كه نسبت به خشكي، كيفيت فيزيكي و شيميايي خاك و وضعيت محيطي عكس‌العمل هاي متفاوتي را نشان مي‌دهند، انتخاب مي‌كنند.

دكتر تونگ مي‌گويد: در حال حاضر ارقامی از برنج دیم مقاوم به خشكي، در دسترس است ولي اين ارقام عملكرد پائيني داشته و به كودهاي اضافه شده به خاك عكس‌العمل مثبتي نشان نداده‌اند. برنج هوازي بايد قدرت مقاومت و مقابله با خشكي را داشته باشد، نسبت به آبياري و كوددهی عكس‌العمل مثبت نشان داده و عملكرد بالايي داشته باشد.

 مشكل ديگر، وجود علف هاي هرز در مزارع است كه در شرايط طبيعي با انجام عمل غرقاب از بين رفته و كنترل مي‌شوند ولي در خاك هاي خشك، رشد برنج در اثر رقابت با علف هاي هرز و بعلت غالب شدن آن ها، كاهش مي‌يابد. بنابراين، مقاومت در برابر علف هاي هرز مي‌تواند يكي ديگر از اهداف این گروه كاري باشد. اما اين گونه مسائل ممكن است در برابر كاهش عملكردي كه ايجاد مي‌شود، جلوه چنداني نداشته و معني دار نباشند. در آزمايشي كه در مناطق خشك انجام شد، برنج در فصل اول، رشد خوبي داشته و عملكرد بدست آمده بسيار مطلوب بود ولي در فصل دوم 20 درصد افت عملكرد داشت و احتمال دارد كه در فصل سوم حتي تا 70 درصد افت عملكرد نيز وجود داشته باشد. يعني به‌عبارتي برنج در اين مناطق ذاتا قدرت توسعه را نداشته و نتوانسته است بقدر كافي پنجه زده و عملكرد بالايي داشته باشد. هيچكس دليل چنين اتفاقي را نمي‌داند و كمتر كسي وجود دارد كه در اين مورد اطلاعاتي داشته باشد. هنگامي‌كه برنج همراه محصولات ديگر بصورت تناوبي كشت مي‌شود كاهش عملكردي را نشان نمي‌دهد و به همين دليل است كه برنج هوازي توانسته است نقش مهمي را در برزيل ايفاء نمايد. در اين منطقه به وسيله آبياري كردن مزارع، حدود 250000 هكتار از اراضي زير كشت اين محصول مي‌رود. ولي به عقيده دكتر لافيت^، كاهش عملكرد حاصل از برنج هوازي ممكن است بصورت يك پديده دست و پا‌گير براي توسعه آن بعنوان كشت دائم و متراكم در يك منطقه به‌حساب آيد. او به اين نكته اشاره مي‌كند و مي‌گويد:  مسأله اصلي پيدا كردن يك ژرم پلاسمی براي ارقام جديدی كه به وسيله آن بتوان از افت عملكرد جلوگيري كرد،  نيست بلكه مسأله مهم نوع سيستم كشاورزي موجود در يك منطقه است كه گياه بر طبق آن در يك منطقه كشت مي‌شود.

 از جمله مناطقي كه ممكن است براي توسعه برنج هوازي مفيد واقع شود، هند شرقي است.  منطقه‌اي كه حدود هفت ميليون هكتار از اراضي آن براي كشت گياهان يكساله دیم و يا برنج منطقه خشك اختصاص مي‌يابد. كشاورزاني كه در اين منطقه چيزي به غیرازبرنج نمي‌كارند، با همه تلاش براي بهبود كار بيش از يك تن در هكتار هم برنج برداشت نمي‌كنند.

 به عقيده وي: اين گونه عملكردهاي كم، فقط افت عملكرد موضعي هستند و بنابراين بايد با استفاده از آگاهي از آن چه در هند شرقي اتفاق مي‌افتد، كار توسعه برنج هوازي را شروع كرد.

مثال ديگر اين كه كشاورزان منطقه ميندانائو در فيليپين رقمي از نوع دیم را جايگزين ارقام محلي با عملكرد كم كرده اند. در چند سال اول اين رقم جديد با علاقه زيادي توسط كشاورزان كشت گرديد و در بعضي مواقع تا چهار برابر ارقام محلي عملكرد داشتند ولي بعد از مدتي كشاورزان به طور ناگهاني اين رقم را كنار گذاشته و به رقم محلي قبلي روي آوردند زيرا عملكرد كاهش يافت. وقتي علت اين امر از آن ها پرسيده شد، مي‌گفتند كه درصد خردشدن رقم جديد زياد است و دكتر لافيت هم اعتقاد دارد كه اين پديده در اثر خرد شدن عملكرد دانه بوجود آمده است. وي در ادامه صحبت هايش مي‌گويد:  در بعضي مواقع برخي از انواع كرم هاي ميكروسكوپي در خاك وجود دارند كه نماتد ناميده مي‌شوند ووجود اين كرمها ممكن است كاهش عملكرد را موجب شده باشد. ولي از طرفي در مزارعي هم كه مشكل نماتد را نداشته‌اند اين پديده مشاهده شده است. به نظر مي‌رسد در مناطقي كه برنج با محصولات ديگر به صورت تناوبي كشت مي‌شود، مسأله‌اي ايجاد نمي‌شود. لذا با فرض اين مسأله، آيا مي‌توانيم اصراري داشته باشيم كه اغلب كشاورزان كشت تناوبي محصولات مختلف را داشته باشند؟

دكتر لافيت مي‌گويد:  كاري را كه خودش در كنار متخصصين اصلاح نباتات انجام خواهد داد شامل مطالعات فشرده و متمركز بر روي خود گياه برنج مي‌باشد. او مي‌گويد مبحث مهم و عمده‌اي كه در آينده نزديك مطرح خواهد شد كمبود آب مي‌باشد بنابراين، نياز به شناخت عوامل فيزيولوژيکی گياه است كه نياز به آب در گياه را سبب مي‌شود و يا عواملي كه بتواند حساسيت گياه برنج را نسبت به نوسانات تأمين آب نشان دهد.

نياز به ذخيره آب در آينده نزديك باعث خواهدشد كه ناچارا به رژيم هاي مختلف آبياري و روش هاي مختلف كاشت روی بياوريم.

دكتر تونگ مي‌گويد:  در چين روشی  مورد استفاده قرار گرفت، به اين صورت كه هرچند روز يك بار در كرت هاي شاليزار عمل غرقاب تا عمق 5 سانتي‌متر انجام مي‌شد و سپس تا قبل از غرقاب بعدي اجازه داده مي‌شد تا آب كرت كاهش يابد. بنا به اظهار او ارقام محلي برنج نتوانسته اند شرايط غرقابي فوق را تحمل نموده و حدود 10 تا 20 درصد آب كمتر استفاده كرده اند.  ولي برنج هوازي ازهر لحاظ با ارقام ديگر فرق دارد. يكي از اولين وظايف گروه كاري تشكيل شده در ايري اين است كه  بايد از مناطقي كه احتمال رشد موفق برنج هوازي را در آنجا بیش تر است، نقشه‌اي تهيه کرد.

 البته واضح است، هدف موردنظر در ابتدا مناطقي هستند كه با كمبود آب آبياري مواجه هستند. مثلاً مناطقي مثل شمال چين و قسمت هايي از هند. تونگ در ادامه توضيحات خود مي‌گويد:  فكر مي‌كنم كشور فيليپين در فصل خشك فقط براي نيمي از اراضي تحت آبياري خود، آب كافي داشته باشد.  

با استفاده از كشت برنج هوازي خواهيم توانست كشاورزان را به استفاده بهتر از زمين و نيز توليد غذاي بيش تر تشويق نمایيم و حتي اگر احتياجي به ذخيره آب نداشته باشيم با اين روش اثرات منفي زيست محيطي كمتر خواهد شد. زيرا نفوذ آب در شاليزارهايي كه بطور سنتي غرقاب مي‌شوند باعث افزايش سطح سفره آب زيرزميني شده و مسائل مربوط به شوري را ايجاد مي‌كند بنابراين، اگر برنج را در خاك خشك كشت نماييم نفوذ آب به داخل سفره های آب زيرزميني كمتر خواهد شد.

خاک شناسی - فردوس عادلی مسبب

ترجمه: فردوس عادلی مسبب

تألیف: shivanand tolanur

 

 

اهداف آزمایش خاک

 

1)      مطالعۀ پیدایش خاک و طبقه بندی آن.

2)      مطالعۀ اهمیت خاک برای کشت گیاهان زراعی و باغی.

3)      مطالعۀ میزان مواد غذایی خاک برای تنظیم کوددهی.

4)      مطالعۀ تاثیر آبیاری در خاک.

5)      مطالعۀ خواص فیزیکی و شیمیایی خاک.

6)   مشخص کردن مشکلات خاک ها از نظر شوری، اسیدی وغیره. و اجرای عملیات مدیریتی مناسب از قبیل افزودن گچ دهی و آهک زنی خاک.

                                        

عمق نمونه برداری خاک برای اهداف مختلف

1)      مزارع گیاهان زراعی : 0 تا 20 سانتی متر.

2)   کشت گیاهان باغی : بسته به نوع گیاه  0- 15  ، 15-  30   ، 30-  60  ،  60-  90  ، 90- 120 120-  150  ،  150 – 180  سانتی متر.

3)      خاک های مشکل دار: بسته به نوع مشکل   0 – 15  ، 15 – 30  ، 30 – 60  ،  60 – 90  سانتی متر.

 

توضییح : نمونه های هر خاک جداگانه مخلوط و نمونه برداری می شود .

 

روش آماده کردن نمونه های خاک

 

1)      با یک هاون و دسته های هاون چوبی نمونه ها را پودر کنید.

2)   نمونه ها رادر یک الک پلاستیکی 2 میلی متری عبور دهید . نمونه های روی الک را مجددا پودر نمایید . این کار را آنقدر ادامه دهید تا روی الک فقط سنگ ریزه ، سنگ و بقایای آلی باقی بماند .

3)   مواد پودری نرم زیر الک ها را خوب مخلوط نموده و در ظرف پلاستیکی نگهداری کنید و مشخصات نمونه را هم در داخل ظرف و هم بر روی آن نصب نمایید .

4)   برای اندازه گیری ریز مغذّی هایی مانند مس ، آهن ، و روی ، مولیبدن و غیره نبایستی از الک های فلزی استیل استفاده شود . حتما باید از الک های پلاستیکی استفاده گردد .

5)   برای سنجش کربن آلی و کربنات کلسیم ، مقدار کمی از این خاک الک شده 2 میلی متری را از الک 0.5 میلی متری عبور دهید و خاک روی الک را مجددا کوبیده و از الک عبور دهید . خاک زیر الک را برای تجزیه مورد استفاده قرار دهید.

 

 

pH خاک و اهمیت آن

pH         یا واکنش خاک اصطلاحی است که واکنش اسیدی یا بازی خاک را نشان می دهد، یعنی به این سوأل پاسخ می دهد: آیا خاک اسیدی است یا قلیایی یا خنثی! pH  خاک یکی از ویژگی های فیزیولوژیکی برجسته محلول خاک بوده و در خواص فیزیکی، شیمیایی و زیست شناختی آن تأثیر وافری دارد. بسیاری از واکنش های شیمیایی و زیست شیمیایی خاک تنها درpH مشخصی از آن رخ می دهد:

1) سرعت تجزیه مواد معدنی و آلی خاک تحت تأثیر pH آن قرار دارد.

2) محلولیت و قابلیت جذب عناصر غذایی خاک به وسیله واکنش یا pH خاک انجام می شود.

 

جدول رابطه عناصر غذایی خاک و pH جذب

عناصر غذایی خاک	pH  جذب عناصر در محلول خاک
ازت و گوگرد	0/8 – 5/6
پتاسیم	5/8 – 0/7
آهن، روی، منگنز و مس	5/6 – 0/5
فسفر	5/7 – 5/6
کلسیم و منیزیم	0/9 – 0/7
مولیبدن	5/8 – 5/6

  

4) غلظت فسفات با pH خاک تغییر می کند.

5) استفاده مستقیم از یون های H⁺ و OH^‑ مانند: اسید ها و هیدروکسید ها  و غیره هنگامی که با غلظت زیاد استفاده شوند برای گیاه مضر است.

 

جدول طبقه بندی خاک از نظر pH

pH خاک	شرایط محلول خاک
کم تر از 6	اسیدی
5/8 – 6	معمولی تا شور
0/9 – 5/8	متمایل به قلیایی
بزرگ تر از 9	قلیایی

 

روش اندازه گیری pH خاک

 

1) مقدار 20 گرم از نمونه خاک را در یک بشر 100 میلی لیتری وزن کنید.

2) 50 میلی لیتر آب مقطر به آن اضافه نمایید.

3) این مخلوط را به مدت 30 دقیقه به طور متناوب در هر دفعه 10 دقیقه به آرامی بهم بزنید.

4) با استفاده از pH متر pH آن را اندازه گیری نمایید.

 

روش اندازه گیری هدایت الکتریکی خاک(EC)

 

1) 20 گرم از نمونه خاک را در یک بشر 100 میلی لیتری وزن کنید.

2) مقدار 50 میلی لیتر آب مقطر به آن اضافه نمایید.

3) این مخلوط را به مدت 30 دقیقه به طور متناوب بهم بزنید و به مدت یک ساعت آن را ساکت بگذارید.

4) با استفاده از یک دستگاه کنداکتو متر مقدار هدایت الکتریکی (EC) سوسپانسیون را تعیین نمایید. در صورتی که محلول سوسپانسیون شفّاف نبود، با استفاده از یک کاغذ صافی معمولی آن را صاف نمایید و هدایت الکتریکی محلول شفاف را تعیین کنید.

نشانویژگی های تنکارشناختی ریشه برنج نسبت به قدرت اکسیدکنندگی و جذب موادغذایی - فردوس عادلی مسبب

مترجم: فردوس عادلی مسبب

 

نشانویژگی های تنکارشناختی ریشه برنج نسبت به قدرت اکسیدکنندگی و جذب موادغذایی

 

کیکو کومازاوا

 

گروه شیمی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه توکیو، توکیو 113، ژاپن

 

 

برنج در شالیزارهای غرقابی می روید و دارای ویژگی های متفاوتی نسبت به گیاهان دیم است. قدرت اکسیدکنندگی ریشه برنج خصوصاً از نقطه نظر تنکارشناسی تغذیه و نقش مهم آن در فناوری های کشاورزی، جالب توجه است.

 

1 – انتقال اکسیژن از اندام های هوایی به ریشه در گیاهان عالی

 

برنج با گستردگی کامل ریشه اش، حتًی در خاک های فقیر از نظر اکسیژن می تواند بروید. ریشه این گیاه همانند نباتات ديم معمولي،اكسيژن را در تنفس هوازي مصرف مي‌كند.امّا اكسيژن مورد نيازش را براي اين نوع تنفس از اطراف ريشه فراهم نمي‌كند. بلكه از بخش هاي هوايي گياه به ريشه انتقال مي‌دهد.

در سال 1940 وان رالت (1940) در كشور اندونزي،گاز جمع شده در ريشه نشاء برنج را تجزيه‌كرد و مقادير 14ـ1/2 درصد اكسيژن و9/6ـ9/1 درصد دي اكسيد كربن را بدست آورد. حتّي اكسيژن در محيطي كه ريشه ها در آن غوطه ور شدند، توسط ميكرو ارگا نيسم هاي مصرف كننده اكسيژن به مصرف رسيد، مقدار اكسيژن در مخلوط گازي ريشه‌ها 3 درصد بود. به نظر رسيد كه اين اكسيژن بايستي در تنفس هوازي ريشه برنج تحت شرايط كشت آبي مصرف شده باشد.

انتقال اكسيژن از اندامهاي هوايي به ريشه نه تنها درنباتات باتلاقي مانند برنج بلكه در بسياري از انواع گياهان ديگر نیزمشاهده مي‌شود.

ايوانزوابرت(1960) برگ هاي لوبيا را به جذب اكسيژن راديواكتيو(¹⁵O₂) وادار كردند‌ و چگونگی انتقال آن را به ريشه‌ها مورد ارزیابی قراردادند. آن ها با اندازه گيري سرعت انتقال آن نتيجه گرفتند كه انتقال اكسيژن از برگ‌ به ريشه در لوبيا‌ی جوان مشابه انتشار آن در لوله پلي اتيلنی به قطر 5/0 ميليمتر با يك سر بسته است.

جن سن و همكاران(1967) نشان دادند كه ضريب انتشار طولي ريشه‌ها به ترتيب از جو، ذرّت به برنج افزايش مي‌يابد. آرمسترانگ (1971) در سال 1971 دريافت كه تندي انتشار اكسيژن از سطح ريشه برنج در درجه حرارت 23 درجه سانتي گراد، 10×17ـ15 گرم اکسیژن بر سانتی متر بر دقیقه (در حالت غير غرقابي) و 10×23ـ20 گرم اکسیژن بر سانتی متر بر دقیقه (در حالت غرقابی) است.

 مسلماً براي انتشار اكسيژن در گياهان بايستي يك سازگان جمع آوري هوا وجود داشته باشد. در ريشه برنج فضاي بين ياخته‌اي لايزوژني در فاصله لايه‌های بين بشره و درون پوست توسعه خوبي دارد.

به نظر مي‌رسد، اين فضا‌هاي بين ياخته‌اي، دستگاه ذخيره و هدايت هوا در ريشه باشند. در گياهان خشكي كه با رويش در خاك غرقاب سازش يافته‌اند، چنين تغيير ريخت شناختي‌اي نيز ديده مي‌شود. اگر اكسيژن به‌طور كامل اطراف ريشه برنج را فرا‌گيرد، فضاي بين ياخته‌اي لايزوژني آن به خوبي توسعه نمي‌يافت.

آريكادو(1960)حجم و غلظت اكسيژن را در گازهاي ريشه گياهان مختلف اندازه گيري كرد.

نسبت حجم گاز در گياهي كه می‌توند شرايط مطلوب را تحمل نمايد(مقاوم به رطوبت) بالاتر از گياهان حسّاس به رطوبت است. اين نسبت در گياهاني كه در حالت غرقاب رشد مي‌كنند بيشتر از حالتي است كه در شرايط ديم برويند.با وجود اين، پديده سازگاري مقاومت به رطوبت در گياهان خشكي نيز كمتر از گياهان آبزي است. باربر و همكاران(1962) به وجود 30 – 5 درصد فضاي هوايي در ريشه برنج و يك درصد در ريشه جو پي بردند. امٌا آن‌ها رابطه بين صفات گونه‌اي برنج در مقاومت احيايي و وسعت فضاهاي هوايي را نتوانستند توضيح دهند.

خاك شاليزار علاوه بر مقدار اندكي اكسيژن داراي مواد احيا كننده‌ ای نظير سولفيد هيدروژن و آهن فرو مي‌باشد.بنابراين، مقاومت احيايي فقط به انتقال اكسيژن از اندام‌هاي هوايي به ريشه بستگي ندارد بلكه اين يك عامل ضروري محسوب مي‌گردد. از اين گذشته، يك سيستم انتشاري موجب انتقال اكسيژن به گياهان باتلاقي نظير برنج مي‌شود وملاحظه مي‌گردد كه داراي توانايي اكسيد كردن مواد احيا كننده اطراف ريشه است.

همان طوري كه، سه آزمايش ريكاردو (1959)نشان مي‌دهد، اكسيژن مورد نياز براي تنفس ريشه برنج كه از اندام‌هاي هوايي (برگ‌ها)فراهم مي‌شود، كافي است.در صورتي كه وجود اكسيژن بيرون ريشه فراهم آمدن شرايط بي‌هوازي را متوفق مي‌سازد.

از طرف ديگر، همان طوری که نشان داده شده است، تنفس ریشه برنج در صورت قطع نشدن ريشه از ساقه كاهش نمي‌يابد و اگر ريشه از ساقه قطع شود، تنفس كاهش مي‌يابد. در شرايط هوازی هم ريشه‌ي برنج و هم سويا استعداد تنفسي يكسانی دارند كه جدا كردن ريشه از ساقه تأثير‌ي در آن ندارد. بنابراين، اكسيژن كافي براي تنفس ريشه برنج از اندام‌هاي هوایی به ريشه انتقال مي‌يابد و قسمتي از اين اكسيژن براي اكسيداسيون مواد اطراف ريشه مصرف مي‌گردد.

كومادا(1949) با استفاده از باكتريی های نوری كه فقط با دريافت اكسيژن نور انتشار مي‌دهند، ثابت كرد كه ريشه برنج مي‌تواند به خاك محيط اطرافش اكسيژن برساند.

 

 اكسيداسيون مواد بيروني توسط ريشه برنج

معمولا ، سطح ريشه در شاليزار از اكسيد فريّك قهوه‌اي قرمز پوشانيده مي‌شود. وجود يونهای ‏‏فّرٌو متحرك در خاك های احيائی هر محيط كشتی اكسيد مي‌شود و به شكل فريّك روي سطح ريشه رسوب مي‌كند.

كومادا (1949) با استفاده از جعبه شيشه‌ای كوچكی، فرآيند تبدیل اكسايشی مواد فّرٌو ريشه نشاء برنج را به مواد فريك در محيط كشت مشاهده نمود، كه به صورت لايه نازكي بر سطح ريشه تشكيل مي‌شدند. بر طبق آزمايش او، انتهاي رويشی ريشه‌های نشاء برنج (2-1 سانتيمتر)، به رنگ سفيد‌ند و هنوز از لايه اكسيد فريّك پوشيده نشده‌اند. بعداً، لايه قرمز رنگ رسوب اكسيد فريّك ، مانند استوانه‌ای در اطراف ريشه و به فاصله معينی از آن تشكيل مي‌شود، كه پس از گذشت مدت زمانی، دو لايه و سپس سه لايه به نظر مي‌رسند. با افزايش سن ريشه، لايه‌هاي قرمز رنگ به‌ تدريج چنان نزديك‌تر مي‌آيند، كه گويي حركت داده مي‌شوند، تا اين كه به سطح ريشه برسند و بشره با اكسيد آهن رنگي شود. آنچه در اين روند اتفاق مي‌افتد توسط شيوايری(1944) به‌خوبي شرح داده شده است.

در خاک يك شاليزار مرغوب اكسيد آهن آزاد فعال زيادي وجود دارد كه در لايه‌های احيايی به اكسيد فرّو احياء مي‌شود. ريشه‌های جوان برنج از نظر قدرت اكسيد‌‌ كنندگی قوی هستند. حدود چندين ميليمتر اطراف ريشه جوان محيطی اكسايشی وجود دارد، كه در آنجا آهن فعّال آزاد اكسيد مي‌شود و به صورت يك جسم هيدروكسيد فريّك مانندی، در سطح لايه احيايي رسوب مي‌كند. بنابراين، اكسيد آهن به جوان ترين ريشه‌ها كه سفيد‌اند، حمله می‌نمايد. از طرف ديگر، در حول ريشه‌های مسن محيط‌های متفاوت محسوسی وجود دارد كه از نظر قدرت اكسيداسيون ضعيف است. اين قدرت اكسيداسيون با مصرف اكسيژن به‌وسيله ميكروارگانيسم هاي اكسيژن خوار تضعیف شده‌است. بنابراين، اكسيد فرّيك در خاك نزديك ريشه كه رسوب يافته بود، مجدداً به اكسيد فرّو احياء مي‌شود. در ناحيه نزديك ريشه، اكسيد فرّو به نمك سولفات تبديل مي‌گردد كه در آب شاليزار مي‌تواند به شكل محلول پايدار درآيد. به هر حال در سطح ريشه در اثر قدرت اكسيد كنندگي قوی ريشه، يون فرّو به فرّيك اكسيد  مي‌شود و به صورت اجسام هيدروكسيد فريّك مانند، رسوب مي‌يابد. تحت چنين مكانيسمی، يون فرّو به تدريج به طرف سطح ريشه حركت مي‌كند و به شكل مواد هيدروكسيد فرّيك مانند، روي آن را مي‌پوشاند. پس در يك شاليزار سالم، ريشه‌های تازه سفيد‌ند، ولی ريشه‌های مسنّ به وسيله اكسيد فريّك آبدار قهوه‌ای متمايل به قرمز پوشانيده شده‌اند.

ميتسوی(1949) ريشه برنج را در محيط كشت آگار دارای متيلن بلوی بيرنگ كه از احياي متيلن بلوي آبي رنگ تهیه شده بود، غوطه ور ساخت، او مشاهده كرد كه چگونه متيلن بلوی بيرنگ به متيلن بلوی آبی رنگ اكسيد می‌شود و قدرت اكسيد كنندگی محيط اطراف ريشه را اندازه گيری كرد. ازنتايج به دست آمده توسط او معلوم شد كه در ريزوسفر كلاهك ريشه، نقاط رويشي و منطقه دراز شدن ریشه نه تنها در ريشه‌های اوليه بلكه ريشه‌های ثانويه نيز قدرت اكسيد كنندگی خيلي شديد است.

كاتاواو ايشي هارا(1968) اكسيداسيون مواد فرّو ريشه برنج را در محيط كشت آگار بررسي كردند و توزيع قدرت اكسيد كنندگي آن را نشان دادند، و معلوم شد كه تارهاي كشنده از اين نظر داراي شدت بیش تری هستندد.

ريشه‌هاي برنج با اين قدرت اكسيد كنندگي، در مقابل آسيب های ناشي از سولفيد هيدروژن آزاد كه اغلب در شاليزار ها توليد مي‌شود و نيز از مقادير زياد يون‌هاي فرّو و مواد احياء شده از خود حفاظت به عمل مي‌آورند.

تأثير اين قدرت اكسيد كنندگي تمام خاک شاليزار را در فرا مي‌گيرد. جدول2 پتانسيل اكسيداسيون و احياء را نشان مي‌دهد كه توسط يو و لي(1957) در محل‌هاي گوناگون با فاصله‌هاي مختلف از بوته‌هاي برنج كه در اعماق مختلف از سطح خاك، اندازه‌گيري كردند. نزديك ريشه برنج پتانسيل اكسيداسيون ـ احياء بالاتري داشت.

 

 

 

جدول 2 – پتانسیل اکسیداسیون – احیاء در محل های گوناگون شالیزار (میلی ولت)

عمق خاک(سانتی متر)	هیجدهم اکتبر ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ                                     0               10           20          30	بیستم اکتبر ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ   0                10              20
8 – 3	180         110            60         40-	220              80              10-
15 – 8	5-             65              5-        45-	215              75              35-
20 – 15	45-           35             20-       55-	45               20-             75-

 

 

 

قدرت اكسيداسيون ريشه‌هاي برنج

 

واضح است، اكسيژني كه از اندام‌هاي هوايي به ريشه انتقال مي‌يابد، منبع اكسيداسيون مواد اطراف ريشه برنج است، ولي روشن نيست كه اگر اكسيژن انتشاري از ميان ريشه عبور كند، هماهنگ با رشد طولي آن، مواد احياء شده ريزوسفر را با سرعت كافي بتواند اكسيد نمايد.

در بعضي از گياهان باتلاقي، فعاليت اكسيد كنندگي ريشه 9 برابر مقداري است كه مي‌توان براي انتشار اكسيژن آن به حساب آورد. بنابراين، ملاحظه مي‌شود كه مكانيسم اصلي براي اين فعاليت اكسيد كنندگی، اكسيداسيون آنزيمی است(آرمسترانگ،1967).

منبع قدرت اكسيد كنندگي ريشه‌هاي برنج، احتمالاً پراكسيد هيدروژني است كه آن‌ها توليد مي‌كنند. شواهد اندكي درباره خارج شدن پراكسيد هيدروژن از ريشه در شرايط معيني وجود دارد، مي‌توان ملاحظه كرد كه پراكسيد هيدروژن مخصوصاً از كلاهك و تارهاي كشنده خارج مي‌شود. اگر بذور برنج روي آگار داراي اورتوديانيزيدين قرار کشت شود، آگار به وسيله اكسيداسيون كلاهك ريشه بذر جوانه زده به رنگ قرمز تغيير رنگ مي‌دهد.(كومازاوا، نتايج انتشار نيافته). اورتوديانيزيدين فقط در حضور پراكسيد هيدروژن و پراكسيداز مي‌تواند اكسيد شود.

روش اندازه‌گيري قدرت اكسيد كنندگي ريشه‌ برنج با تعيين پراكسيد هيدروژن انجام مي‌شود. در اين روش معمولاً مقدار پراكسيد هيدروژن با آلفانفتيل آمين تعیین گردد.

در اندازه‌گيري قدرت اكسيداسيون، وزن معيني از ريشه‌های برنج را در محلول با غلظت نسبتاً پايين اين مواد قرار داده و پس از مدت زمان معيني مواد باقيمانده سنجيده مي‌شود. فعاليت اكسيد كنندگی از مقدار موادی كه كاهش می‌يابد، محاسبه مي‌گردد.

ماتسوناكا(1960) پيشنهاد كرد، فعاليت اكسيد كنندگي آلفاـ نفتيل آمين، ممكن است مبيّن توليد و ذخيره پراكسيد هيدروژن يا پراكسيد‌هاي ديگر در بافت باشد. يامادا و اوتا(1958) نشان دادند، عصاره آنزيمی كه از ريشه برنج به دست مي‌آيد، نسبت به آهن فرّو در حضور اكسيژن فعاليت اكسيد كنندگي معينی دارد.

يك آزمايش بررسی بافت شيميايی براي تعيين محلي كه در آنجا قدرت اكسيد كنندگی ريشه برنج وجود دارد، با استفاده از آلفانفتيل آمين انجام شد. بنابر اظهار نظر دقيق ايمی و فوجی ماكی(1959) واكنش قرمز كم رنگ اكسی نفتيل آمين تنها در مريستم ريشه‌های جوان و پريموديوم ريشه‌ ديده می‌شود و در بخش های ديگر ريشه، هنگامی كه مقطع طولی  و عرضی  ريشه‌های زنده در محلول آلفانفتيل آمين غوطه ور شوند واكنشی رخ نمی‌دهد. از مطالعه ريشه ‌های غوطه ور در اين محلول، معلوم شد كه ريشه‌هاي تازه به شدّت ولي ريشه‌هاي مسنّ خيلي  كم و تنها در نوك ها و انشعابات رنگ مي‌گيرند.

اگر مقطع بافتي از ريشه را در محلول آلفانفتيل آمين و پراكسيد هيدروژن غوطه‌ور سازند، يك شكل كاملاً  متفاوتي مشاهده مي‌شود. در همه قسمت‌هاي ريشه سفيد و نازك به طول6 - 4 سانتي‌ متر، به ويژه ياخته‌هاي بشره‌اي، اسكلرانشيمي و كلاهك، نقاطي كه بيش ترين مقدار پراكسيد در آنجا وجود دارد، فعاليت شديدي ديده مي‌شود. قاعده ريشه‌هاي مسني كه اكسيد فرّيك روي آن رسوب مي‌كند و نقاطي كه ريشه‌هاي زيادي از آن منشعب مي‌شوند. شديدتر از ريشه‌هاي جوان سفيد، رنگي مي‌شوند.

اين نتايج، تفاوت بين جايي كه فعاليت آلفانفتيل آمين اكسيداز يا پراكسيداز وجود دارد و جايي را كه مقدار زيادي پراكسيد هيدروژن توليد مي‌شود، نشان مي‌دهد. تصور اين كه در شرايط رشد معمولي قدرت اكسيد كنندگي ريشه در جايي تمركز دارد كه در آن پراكسيد هيدروژن توليد مي‌شود، یک اظهار نظر کاملاً منطقی است.

 

مكانيسم احتمالي پيدايش قدرت اكسيد كنندگي در ريشه برنج

 

منابع مستقيم قدرت اكسيد كنندگي برنج را مي‌توان در پيدايش ويژگي فعاليت متابوليكي ريشه آن جستجو كرد. مسير متابوليسم يك اسيد آلي را مسير اسيد گليكوليك مي‌نامند. متابوليسم اسيد آلی، پراكسيد هيدروژن را توليد می‌كند كه قدرت اكسيد كنندگي آن شديدتر از اكسيژن مولكولي مي‌باشد.

اين مرحله اكسيداسيون اسيد گليكوليك، انرژي مشابه فراورده ATP را به‌وجود نمي‌آورد، بلكه اسيد گلي اكسيليك، اسيد اگزاليك، اسيد فرميك و پراكسيد هيدروژن را توليد مي‌نمايد.

پراكسيد هيدروژني كه به اين ترتيب توليد مي‌شود به وسيله كاتالاز به اكسيژن مولكولي و آب تجزيه مي‌گردد يا به عنوان ماده اكسيد كننده براي واكنش با مواد احياء كننده در حضور پراكسيد از ياكاتالاز به كار مي‌روند.

مي‌توان فرض كرد كه قدرت اكسيد كنندگي پراكسيد هيدروژن توليدي در ريشه از طريق واكنش زنجيري اكسيداسيون ـ احياي يون فرّو ـ فرّيك در ريشه و ريزوسفر افزايش مي‌يابد و در نهايت روي ريشه يا نزديك سطح آن يون فرّو را به فرّيك اكسيد مي‌نمايد.

آنزيم كليدي مسير اسيد گليكوليك، اسيد گليكوليك اكسيداز است. در گذشته وجود اين آنزيم در بخش‌هاي هوايي گياه سبز در نظر گرفته شده بود، نه در ريشه. ماهيت اسيد گليكوليك اكسيداز در ريشه برنج مشابه برگ است. اين آنزيم با فلاوين منونوكلئوتيد(FMN ) فعّال مي‌شود و اسيد پروسيك در آن مزاحمت ايجاد نمي‌نمايد(ميتسويي و همكاران، 1961). دليل اين كه وجود اين آنزيم در ريشه در نظر گرفته نشده بود، مربوط به آزمايش‌هاي گذشته است كه فقط روي گياهان خشكي انجام يافته بود. بعداً، اوهي ياما و همكاران(1966) فعاليت اسيد گليكوليك اكسيداز را در ريشه جو كشف كردند، و مارواها و جوليان(1976) فعاليت اسيد گليكوليك اكسيداز ريشه نشاء‌هاي ده روزه برنج را كه داراي درصد شاخه كمي بودند، تعيين كردند.

همان طور كه در جدول 3 نشان داده مي‌شود، اسيد گليکوليک اکسيداز در گياهان باتلاقی نظير برنج  ارزن مي تواند يافت شود، ولي در گياهان خشكي مانند جو،علف باغ و يونجه به سختي وجود دارد(ميتسويی و همكاران،1964). با توجه به اين واقعيت، مسير اسيد گليكوليك براي درك بهتر قدرت اكسيدكنندگي ريشه‌ي برنج مطرح مي‌شود.

 

جدول 3 – فعالیت اسید گلیکولیک اکسیداز در ریشه گیاهان مختلف

نوع گباه	فعالیت اسید گلیکولیک اکسیداز(میکرولیتر اکسیژن بر ساعت بر میلی گرم ازت)
برنج آبی برنج دیم علف حیوانی جو علف باغ تیموتی یونجه شبدر رادینو	16 2/15 8/11 0 6/0- 1- 1/0 7/1-

توضیح: اکسیژن مصرف شده توسط آنزیم خام.

 

جدول 4 نشان مي‌دهد، در چه بخشي از ياخته‌هاي ريشه‌ي برنج، اسيدگليكوليك اكسيداز حضور دارد(ميتسوي و همكاران، 1961). مطابق جدول، اين آنزيم اصولا در اجزاي پلاستيد و هسته استقرار يافته است. با توجه به وجود پلاست ها به شكل كلروپلاست از نظر پيدايش، وجود اسيد گليكوليك اكسيداز نيز در آن پيش بيني مي‌شود. بنابراين، تصوّر مي‌شود فعاليت اسيد گليكوليك اكسيداز نه تنها در برنج و ارزن حيواني بلكه در شرايط مساعد در ريشه بسياري از گياهان مختلف يافت ‌شود.

 

جدول 4 – توزیع اسید گلیکولیک اکسیداز در ذرات درون یاخته ای ریشه برنج

بخش میانگریز شده	اکسیژن مصرفی توسط محلول آنزیم خام	توضیحات
کم تر از 200 2000 – 200 20000 – 10000 85000 - 10000	- 3/47 7/10 8/1-	شامل دیواره یاخته و یاخته های سالم هسته و پلاست میتوکندری ذرات درون سلولی و زیر صافی

 

 

            به طوری که قبلا ذکر شد، قدرت اکسیدکنندگی انتهای ریشه به روش آلفانفتیل آمین بیش ترین مقدار را دارد و همان طور که جدول نشان می دهد، فعالیت اسید گلیکولیک اکسیداز نیز در آنجا دیده می شود(میتسوی و همکاران). در این زمینه هو (1976) نیز نشان داد که رابطه نزدیکی بین قدرت اکسیدکنندگی آلفانفتیل آمین و فعالیت اسید گلیکولیک اکسیداز وجود دارد. در یک واریته اصلاح شده زیرگونه ژاپنی قدرت اکسیدکنندگی اسید گلیکولیک اکسیداز و کاتالاز فعال تری نسبت به واریته برنج بومی زیرگونه هندی بود. ریشه برنج هندی به آسانی توسط به وسیله عنصر آهن نیز مانند مواد احیا کننده دیگر آسیب می دید.

            بستگی بین فعالیت اسید گلیکولیک اکسیداز و رشد ریشه برنج در جدول 6 نشان داده شده است (میتسوی و همکاران، 1964). فعالیت آنزیم هنگام آغاز جوانه زنی بینهایت پایین است، ولی روز به روز شتاب بیش تری می گیرد. تا حدود 10 روز پس از سبز کردن به بالاترین نقطه خود می رسد. پس از ده روز، به تدریج فعالیت آنزیم پایین می آید، به طوری که کلاهک های ریشه های فعال کم ترین وزن کل آن در ریشه را تشکیل می دهند. فعالیت اولیه اکسیداز در آغاز سبز کردن پایین است.

 

                             

 

 

 

جدول 5 – توزیع فعالیت اسید گلیکولیک اکسیداز در ریشه های برنج

فاصله از نوک ریشه (سانتی متر)	اکسیژن مصرفی توسط آنزیم خام         (میکرولیتراکسیژن بر ساعت بر میلی گرم ازت)
3- 0	2/20
15 - 3	2/1 -

 

 

 

                                 جدول 6 – تغییر فعالیت اسید گلیکولیک اکسیداز ریشه های برنج پس از سبز کردن

روزهای پس از سبز کردن	اکسیژن مصرفی توسط آنزیم خام         (میکرولیتراکسیژن بر ساعت بر میلی گرم ازت)
3                                      5                              7                             10                             18	1/1                              7/6                              2/11                                 16                              5/6

 

 

                            

 

 

 

 

   جدول 7 – تأثیر به کاربردن ازت، فسفر و پتاسیم و احیاء خاک بر روی نسبت ریشه های سیاه

عوامل غذایی خاک	نسبت ریشه سیاه به وزن کل ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ به کاربردن مقادیر اندک ازت و فسفر            به کاربردن مقادیر زیاد ازت و فسفر      بدون افزایش پتاسیم یا ماده آلی (%)         با افزایش پتاسیم یا ماده آلی (%)
نیتروژن (سولفات آمونیوم) فسفات (سوپرفسفات کلسیم) پتاسیم ( سولفات پتاسیم) موادآلی(نشاسته محلول و کاغذ صافی)	6/18                                          22                        3/21                                       4/19                         8/25                                       9/14                                               2/9                                         5/31

 

 

تأثیر عوامل غذایی در قدرت اکسید کننگی ریشه برنج

قدرت اکسیدکنندگی ریشۀ برنج دارای رابطه نزدیکی با تغذیه آن است و پتاسیم یک عامل اساسی محسوب می گردد. کیوشی (1935) در آزمایش مزرعه ای خود مشاهده کرد که کمبود پتاسیم ریشه برنج به خاک احیائی به طور قابل ملاحظه ای حساس است.

          جدول 7 نسبت وزن ریشۀ سیاه (به اضافۀ ریشه های خشکیده) به کل ریشه در آزمایش گلدانی را نشان می دهد( میتسوی و کومازاوا، 1964). وقتی که مقدار نیتروژن و فسفات تغییر داده شود، تفاوت قابل توجه ای در نسبت ریشه های سیاه وجود نخواهد داشت. به هر حال، هنگامی که پتاسیم افزوده شود، این نسبت کوچک تر می گردد. وقتی ماده آلی ازوده و خاک احیاء می شود، نسبت ریشه های سیاه بزرگ تر می گردد. بنابراین، به طور منطقی می توان نتیجه گرفت که نسبت ریشه سیاه بستگی به مقاومت احیائی یا قدرت اکسیدکنندگی ریشه دارد. ملاحظه می شود، به ویژه هنگامی که کمبود پتاسیم وجود دارد، قدرت اکسیداسیون ضعیف می شود.

          هنگامی که کمبود پتاسیم وجود دارد، تنفس ریشه را به خوبی افزایش می یابد. این افزایش به روند ایجاد قدرت اکسیدکنندگی یا کاهش آن به وسیله احیاء جریان مواد در این فرایند، بستگی ندارد. ریشه برنج فاقد پتاسیم و دارای مقدار بسیار اندکی از اسیدهای آلی است. به این دلیل مصرف اضافی اسید های حاصل از چرخۀ TCA عملی غیر ضروری می باشد.

          بنابراین، رابطه بین قدرت اکسیدکنندگی ریشه و کارایی تنفسی پیچیده می شود. در بیش تر حالت ها هردو تغییر به طور موازی هم و فقط به صورت تصادفی رخ می دهند. اکسیداسیون اسید گلیکولیک ریشۀ برنج نیز برای تولید اجزای مهم پیکر آن مانند گلیسین، سرین و اسید فرمیک انجام می گیرد. بنابراین، می توان گفت، هنگامی که اکسیداسیون اسید گلیکولیک به ویژه از نقطه نظر رابطه آن با سنتز اسید نوکلئیک و پروتئین در انتهای ریشه خوب باشد، برنج در شرایط خیلی سالمی قرار دارد.  

          اوکاجیما قدرت اکسید کنندگی را با روش اسکوآلین تخمین زد و دریافت که در شرایط فقر نیتروژنی مقدار آن کم تر می شود(اوکاجیما، 1958). اوکودا و تاکاهاشی(1962) نشان دادند که ریشه های برنج که به آن سیلیس داده شده، فعالیت اکسیدکنندگی بالاتر از حالتی که فاقد آن است، دارد.

          شدت قدرت اکسید کنندگی در هر رقمی متناسب با مقاومت اکیوشی است. گوتو و تایی(1956) فعالیت اکسیدکنندگی اسکوآلین ریشه نشاء برنج را در سیزده رقم که در مقاومت آکیوشی مختلف بودند، از نقطه نظر زراعت عملی اندازه گیری کرد. نتیجه آن در جدول 8 نشان داده می شود. مقاومت اکیوشی به عنوان مقاومت به احیاء محیط بیرونی یا مواد احیاء شده، تعریف می شود. پس به طور منطقی می توان پذیرفت که قدرت اکسید کنندگی و توانایی انتقال اکسیژن از شاخه به ریشه دارای نسبت مستقیم با مقاومت اکیوشی است.

 

تأثیر تشکیل سولفور هیدروژن و مواد سمی دیگر در جذب مواد غذایی ریشه های برنج تحت شرایط غرقابی

گاهی اوقات سولفید هیدروژن در خاک شالیزار، به ویژه در خاک های فرسوده که فاقد مقادیر کافی اکسید آهن فعال است و آنجا که آهن و منگنز از سطح خاک شستشو می شود، به شکل آزاد پدید می آید.

          سولفید هیدروژن به عنوان یک بازدارنده قوی تنفسی شناخته شده است. معمولا لایه نارکی از اکسید آهن رو ریشه برنج را پوشانده است و پس از رسیدن سولفیدآهن به سطح آن رسوب سولفید فریک  را ایجاد می کند و به داخل ریشه نفوذ نمی کند. بنابر این، محیط اطراف ریشه های برنج درحال رویش در خاک فرسوده شالیزار به وسیله لایه رسوب هیروکسید فریک حفاظت نمی گردد. پس سولفید هیدروژن آزاد به آسانی می تواند وارد ریشه شود و در تنفس آن اختلال ایجاد نماید. وقتیکه ریشه را در محلول رقیق سولفید هیدروژن(غلظت 007/0 پی پی ام) غوطه ورسازیم، این بازدارندگی تابعی از غلظت سولفید هیدروژن و مدت زمان قرار گرفتن در آن خواهد بود. اگر مدت زمان تا یک دوره زمانی طولانی تری ادامه یابد، نشاء برنج پژمرده می شود. هنگامی که ریشه ها به داخل محلول غلیظ سولفید هیدروژن(غلظت 260 پی پی ام) قرار گیرد، همان طور که در شکل 6 نشان داده شده است، از جذب موادغذایی محلول کشت به طور قابل توجه ای ممانعت می شود(میتسوی و همکاران، 1951). این ممانعت برای همه موادغذایی مورد نیاز گیاه یکسان نیست. بازدارندگی جذب مواد به وسیله سولفورهیدروژن به ترتیب زیر پدیدار می گردد:

                    P₂O₅ > K₂O > SiO₂ > NH₄ – N ≥MnO > H₂O > MgO > CaO

کاهش نسبتا شدیدی در جذب عناصری مانند پتاسیم، فسفر، سیلیس، آمونیوم و منگنز در مقایسه با آب، منیزیم و کلسیم مشاهده می شود. عدم موازنه در جذب مواد مورد نیاز، اختلالات تنکارشناختی متعددی در گیاه برنج ایجاد می کند.

 

جدول 8 – رابطه بین مقاومت به بیماری اکیوشی برنج و قدرت اکسید کنندگی ریشه

مقدار اسکولین لازم برای اکسید کردن یک میلی گرم ریشه به مدت 20 ساعت(^3-10 ×)	مقاومت به بیماری اکیوش (تعداد ارقام برنج)       ضعیف                     متوسط                 قوی
17 – 16 19 – 18 21 – 20 23 – 22 25 – 24	2 2                               2                            2                      2                                                    1                                                    2

 

  

     اسیدهای آلی که در خاک های فاقد زهکشی مناسب به وجود می آید، در جذب مواد غذایی آن تأثیر می گذارد. در بعضی از خاک های شالیزاری، مقادیر فراوان یون فرٌو یافت می شود که سوخت و ساز ریشه را متوفق می سازد. تصور می شود که یک رقم برنج دارای قدرت اکسیدکنندگی بالا در مقابل آهن فرٌو فراوان یا سمیت زیاد آهن بتواند مقاومت کند. از طرف دیگر، به دلیل این قدرت اکسیدکنندگی ریشه، گیاه برنج نسبت به کمبود آهن به شدت حساس است. کمبود آهن در زراعت های دیم بیش تر از آبی، به ویژه در خاک های خنثی و قلیایی دیده می شود.