Study of seed germination properties and determination of cardinal temperatures of Bitter Apple ( Citrullus colocynthis L.) as a medicinal plant
Subject Areas :Hamid Marvi 1 , Mohammad Armin 2
1 - Department of Agronomy and Plant Breeding, Sabzevar Branch, Islamic Azad University, Sabzevar, Iran. Email: hamidmarvi
2 - Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Sabzevar Branch, Islamic Azad University, Sabzevar, Iran
Keywords: germination rate, Bitter Apple, Maximum temperature, Cardinal temperatures,
Abstract :
Bitter apple (Citrullus colocynthis) is one of the medicinal plant that grows in semi-arid and desert condition which have been used in traditional medicine. There is a few research on cardinal temperatures of Bitter apple in the literature. In order to determine Germination characteristics and cardinal temperatures for Bitter apple, a laboratory experiment was down in petri dish based on completely randomized design with four replications. The experimental treatments were nine different temperatures (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 °c). The measured traits were germination percentage, germination rate and mean germination time. Cardinal temperature was calculated using dental, dual, and beta functions. The results showed that with increasing temperature up to 30 ° C, percentage and germination speed increased. The highest germination percentage (70%) and germination rate (2.8 seeds / day) were observed at 30 ° C. The lowest germination time (4.48 days) was observed at 30°C. The base, favorite and maximum temperatures (cardinal temperatures) for this plant were12, 30 and 45 °c, respectively.
Adam, N.R., Dierig, D.A., Coffelt, T.A. and Wintermeyer, M.J. 2007. Cardinal temperatures for germination and early growth of two Lesquerella species. Industrial Crops and Products, 25: 24-33.
Alipoor, Z. and Mahmodi, S. 2016. Determination of cardinal temperatures and respons of Securigera securidaca L. to different temperatures of germination. Iranian Journal of Seed Research, 2(2) :137-147.
Bannayan, M., Najafi, F., Rastgoo, M. and Tabrizi, L. 2006. Germination properties of some wild medicinal plants from Iran. Journal Seed Technology, 28: 80-86.
Ghahraman, A., 1991. Color Flora of Iran. Research Institute of Forests and Rangelands Publications. Botany Department. Tehran.
Jami Al-Ahmadi, M. and Kafi, M. 2007. Cardinal temperatures for germination of Kochia scoparia L. Journal of Arid Environments, 68: 308-314.
Kamkar, B. Zolfagharnejad, H. Khalili, N. 2015. Quantifying of germination rate response to temperature of three sunflower varieties using nonlinear regression models. Journal of Plant Production, 22(2): 119-136.
Kherikhah, M., Koochaki, A., Rezvani Moghaddam, P. and Nassiri Mohallati, M.2013. Determination of Cardinal Temperature of seed germination of Zizphora (Ziziphora clinopodioides) as a medicinal plant. Iranian Journal of Field Crops Research, 11(49): 543-550.
Koochaki, A., Azizi, G. 2005. Effect of different treatments on breaking dormancy of Teucrium polium. Iranian Journal of Field Crops Research, 3(1):81-88.
Kurtar, E.S. 2010. Modelling the effect of temperature on seed germination in some cucurbits. African Journal of Biotechnology, 9(9): 1343-1353.
Latifi, N., Soltani, A., and Spanner, D. 2004. Effect of temperature on germination components in Canola cultivars. Iranian, J. Agric. Sci., 35(2): 313-321.
Milani, E., Seyed, M., Razavi, A., Koocheki, A., Nikzadeh,V., Vahedi, N. and GholamhosseinPour, A. 2007. Moisture dependentphysical properties of cucurbit seeds. International Agrophysics, 21: 157-168.
Mozaffarian, v. 2000. Flora Yazd. Yazd Publishing. Yazd.
Najafi, F., Koocheki, A., Rezvani Moghaddam, P. and Rastgoo, M. 2007. Evaluation of seed germination characteristics in Nepeta binaludensis, a highly endangered medicinal plant of Iran. Iranian Journal of Field Crops Research, 4(2): 385-392.
Nerson, H. 2007. Seed production and germinability of cucurbit crops. Seed Science and Biotechnology, 1: 1-10.
Nozarpour, E., Tavakkol Afshari, R., Elias Soltani, E. and Majnoun Hosseini, N. 2016. Determination of cardinal temperatures of lemon balm (Melissa officinalis L.) seeds in response to temperatures and water potentials. Iranian Journal of Crop Sciences, 47(3): 341-351.
Portoosi, N., Rashed Mohasel, M. H. and Ezadi Darbandi, E. 2008. Germination characteristics and cardinal temperatures of lambsquarter, purselane and crabgrass. Iranian Journal of Field Crops Research, 6(2): 255-361.
Ranjbar, f., koocheki, A., Nassiri Mahalati, M. and kamayestani, n. 2013. Cardinal temperatures and germination properties of fennel (foeniculum vulgar). Seed research, 3(3): 61-68.
Salk, A., Arın, L., Deveci, M., and Polat, S .2008. Special vegetable growing. In Turkish, Tekirdag, p.488, ISBN 978-9944-0786-0-3.
Sarmadnia, Gh.H. and koochaki, A. 2007. Plant physiology. Publications Jahad Daneshgahi Mashhad.400pp.
Soltani, E., Galeshi, S., Kamkar, B. and Akram-Ghaderi, F. 2008. Modeling seed aging effects on the response of germination to temperature in wheat. Seed Science and Biotechnology, 2, 32-36.
Zangoie, M., Parsa, S., Mahmoodi, M. and Jami Al-Ahmadi, M. 2012. Evaluation of cardinal temperature for germination of asafoetida (Ferula assafoetida L.) seeds. J. of Plant Production, 19(3): 193-202.
Zeinali, E., Soltani, A., Galeshi, S., and Sadati, S.J. 2001. Cardinal temperatures, response to temperature and range of thermal tolerance for seed germination in wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. J. Plant Prod., 3(3): 23-42.
بررسی ویژگیهای جوانهزنی بذر و تعیین دماهای کاردینال گیاه دارویی هندوانه ابوجهل
(Citrullus colocynthis)
چکیده
هندوانه ابوجهل یکی از گیاهان دارویی مهم در طب سنتی میباشد که عمدتاً در مناطق خشک و بیابانی رشد میکند و تاکنون پژوهشهای چندانی پیرامون دماهای کاردینال آن انجام نشدهاست. بهمنظور بررسی ویژگیهای جوانهزنی بذر و تعیین دماهای کاردینال این گیاه مطالعهای در شرایط آزمایشگاهی صورت گرفت. بدین منظور آزمایشی در 9 دمای ثابت 5، 10، 15 ،20 ،25 ،30، 35، 40، و 45 درجه سانتیگراد در پتری دیش در قالب طرح کاملاً تصادفی و با 4 تکرار اجرا شد. صفات مورد اندازهگیري عبارت بودند از: درصد جوانهزنی، سرعت جوانهزنی و میانگین زمان جوانهزنی. دمای کاردینال با استفاده از توابع دندان مانند، دوتکهای و بتا. نتایج نشان داد با افزایش دما تا 30 درجه سانتیگراد درصد و سرعت جوانهزنی افزایش یافت. بیشترین درصد جوانه زنی بذر(70 درصد) و سرعت جوانه زنی(8/2 عدد بذر/روز) در دمای 30 درجه سانتیگراد مشاهده شد. کمترین زمان جوانه زنی بذر (48/4 روز) نیز در دمای 30 درجه مشاهده گردید. دمای پایه، مطلوب و بیشینه این گیاه به ترتیب 12، 30 و 45 درجه سانتیگراد میباشد.
واژههای کلیدی: سرعت جوانهزنی، هندوانه ابوجهل، دمای بیشینه، دماهای کاردینال
مقدمه
گیاهان دارویی همانند سایر گیاهان از طریق جنسی و غیرجنسی تکثیر میشوند، ولی کشت این گیاهان از طریق بذر اقتصادیترین روش میباشد. در این رابطه یکی از مشکلات اصلی گیاهان دارویی این است که اولاً بذر آنها دارای خواب بوده و ثانیاً جوانهزنی بذر در شرایط محیطی، طبیعی بوده ولی تحت شرایط آزمایشگاهی یا زراعی مناسب نیست ) koochaki and (Azizi, 2005.
دما از عوامل مهم محیطی مؤثر در فعالیتهای فیزیولوژیکی گیاهان در کلیه مراحل رشد و نمو اعم از جوانهزنی، گلدهی، رشد، فتوسنتز و تنفس است که در کلیه این فعالیتها یک آستانه حداکثر و حداقل دما وجود دارد. جوانهزنی از بحرانیترین مراحل در استقرار گیاهچهها میباشد که اهمیت زیادی در تعیین تراکم نهایی بوته در واحد سطح دارد و توسط عوامل محیطی متعددی مانند دما، رطوبت و نور تحت تأثیر قرار میگیرد و در این میان دما تأثیر مهمی برخواب و جوانهزنی بذور دارد. درهمه موجودات زنده دما عامل مهمی بر سرعت واکنشهای متابولیسمی و بهدنبال آن سرعت رشد ونمو آنها میباشد(Ranjbar et al., 2013). بهطورکلی اثر دما بر جوانهزنی برحسب دماهای کاردینال یعنی دمای حداقل، مطلوب و حداکثر بیان میشوند، که بذور هر گونه مشخص میتواند در این دامنه از دما جوانه بزنند .(Alipoor and Mahmodi, 2016)
دماي مناسب برای جوانهزنی بذر هر گیاه، دمايي است كه در آن بيشترين درصد جوانهزنی در کوتاهترین دوره زماني انجام میشود. جوانهزنی نه تنها دارای دماي پايه است بلكه هر يك از مراحل آن نيز به دماي پايه خاصی نیاز دارد. بنابراين واکنش نسبت به دما ممكن است در طي جوانهزنی متفاوت باشد، عکسالعمل به دما به گونه، رقم، منطقه رشد و مدت زمان بعد از برداشت بستگي دارد(Ranjbar et al., 2013) . بهعنوان يك قاعده كلي بذرهاي حاصل از مناطق معتدله در مقايسه با بذرهاي حاصل از مناطق گرمسيري به دماهای كمتري نياز داشته و گونههای وحشي نياز حرارتي كمتري از گياهان اهلي دارند .دماي مناسب جوانهزني براي اكثر بذرها بين 15 و 30 درجه سانتيگراد است. حداكثر دما براي اکثر گونهها بين 30 تا 40 درجه سانتيگراد است. البته در دماهای بالاتر ا ز 50 درجه سانتيگراد عمل جوانهزنی بذرها متوقف میشود(Portosi et al., 2008).
بهطورکلی سه دمای حداقل، مطلوب و حداکثر بهعنوان دماهای کاردینال شناخته میشوند که بذور هرگونه مشخص میتوانند در این دامنه حرارتی جوانه بزنند. دمای حداقل یا پایه (Tb)1 ، کمترین دمایی است که جوانهزنی در آن رخ میدهد. دمای مطلوب (To)2 ، دمایی است که جوانهزنی در آن بیشترین سرعت را داشته و دمای حداکثر (Tm)3 بالاترین دمایی است که بذور در آن قادر به جوانهزنی میباشند و پروتئینهاي ضروري براي جوانهزنی تجزیه میشوند، دماهاي کاردینال براي ارائه مدل پیشبینی جوانهزنی بذور درگونههاي گیاهی مورد نیاز میباشند ) .(Zangoie et al., 2012 محققان، رابطه خطی بین دما و سرعت جوانهزنی را در برخی گونههای گیاهی گزارش کردهاند و عمدتاً از رگرسیون خطی براي توصیف رابطه بین دما و سرعت جوانهزنی استفاده میکنند. گزارشات متعددي در مورد اثر دما بر خصوصیات جوانهزنی گونههای مختلف گیاهی از جمله گیاهان دارویی، مرتعی و زراعی وجود دارد (Jami Al-Ahmadi and Kafi, 2007 ;Adam et al., 2007;Bannayan et al., .2006)
کورتار) (Kurtar, 2010 با مدلسازی اثر دما روی جوانهزنی بذر برخی از گیاهان خانواده کدوئیان اظهار داشت دمای حداقل، مطلوب و حداکثر برای خربزه(Cucumis melo) و خیار (Cucumis sativus) به ترتیب 10، 25 تا 30 و40 درجه سانتیگراد و برای هندوانه 10، 25 تا 30 و 35 درجه سانتیگراد و برای انواع کدو 10 ،25 و 30 درجه سانتیگراد میباشد، سایر تحقیقات نیز دماهای کاردینال این گیاهان را در همین محدوده گزارش دادهاند) (Salk et al., 2008.
هندوانه ابوجهل(26= n2) با نامهای عمومی Bitter apple ، Coloynthis ، Colocynth و Wild ground و با نام علمی Citrullus colocynthis، یک گیاه دارویی از خانواده کدوئیان استGhahraman, 2000; mozaffarian, 1991) (. گیاهی است یکساله با تیپ رشدی خزنده و رشد نامحدود که رشد رویشی و زایشی همزمان در آن صورت میگیرد. از نظر خصوصیات ظاهری و گیاهشناسی شبیه هندوانه میباشد. این گیاه بومی مناطق گرم بیابانی و نیمه بیابانی است که در تثبیت شنهای روان در این مناطق نقش بسیار مهمی دارد. گیاهی است مقاوم به خشکی و در مناطقی که میانگین بارندگی سالانه آنها بین 250 تا 370 میلیمتر است میتواند رشد نماید است(Ghahraman, 2000) .
از آنجا که تعیین دماهای کاردینال در تعیین دقیق تاریخ کاشت و تخمین محدوده جغرافیایی مطلوب برای کشت گیاهان دارویی نقش مهمی دارند، این آزمایش برای بررسی تاثیر دما بر درصد و سرعت جوانه زنی بذر هندوانه ابوجهل و تعیین دماهای کاردینال جوانه زنی این گیاه دارویی انجام شد.
مواد و روشها
بهمنظور بررسی ویژگیهای جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل در دماهای مختلف و تعیین دماهای کاردینال آن، آزمایشی در آزمایشگاه فیزیولوژی دانشگاه آزاد اسلامی سبزوار انجام شد. برای این منظور در اواخر مهر ماه اقدام به جمع آوری میوههای این گیاه در رویشگاه طبیعی آن در منطقه چاه تلخ شد. منطقه چاه تلخ واقع در 100کیلومتری جنوب سبزوار در محدوده مختصات جغرافیایی57 درجه و 19 دقیقه تا 57 درجه و 36 دقیقه طول شرقی و 35 درجه و 30 دقیقه تا 35 درجه و 44 دقیقه عرض شمالی با میانگین بارندگی سالانه 5/189 میلیمتر و متوسط دمای سالانه 3/14 درجه سانتیگراد در استان خراسان رضوی قرار دارد. میوههای جمعآوری شده به آزمایشگاه منتقل گردید و پس از جدا نمودن بذرها از میوهها، برای شکستن خواب بذرها آنها را به مدت 30 روز در داخل یخچال در دمای 5 درجه سانتیگراد قرار داده و قبل از هر آزمایش بذرهای مورد نیاز 24 ساعت در آب خیسانده و سپس مورد استفاده قرار گرفتند.
در این آزمایش 9 دمای ثابت 5، 10، 15 ،20 ،25 ،30، 35، 40، و 45 درجه سانتیگراد در شرایط تاریکی با متوسط رطوبت نسبی 50 درصد در اتاقک رشد مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی و با 4 تکرار اجرا شد.
براي ارزيابي ویژگیهای جوانهزنی، ابتدا کليه پتریدیشها و سپس بذرها با استفاده از محلول هيپوكلريت سديم يك درصد به مدت 5 دقيقه ضدعفوني و پس از آن چندين بار با آب مقطر شسته شدند.
بهمنظور انجام آزمون جوانهزني، كاغذ صافي در داخل هر پتریدیش با قطر 9 سانتيمتر با آب مقطر مرطوب شده و 25 بذر روی آن قرار گرفت. سپس پتریدیشها داخل اتاقك رشد با دماهاي مورد نظر و رطوبت نسبی 50 درصد منتقل شدند. بهمنظور حفظ رطوبت و تبادل حرارتي مناسب، پتریدیشها در طول دورة آزمايش به میزان مناسب مرطوب نگهداشته شدند. بذرها بهطور روزانه بازبيني شدند و تعداد بذرهاي جوانهزده (داراي ريشهچهای بهطول 1تا 2 میلیمتر و یا بیشتر) شمارش و ثبت گردید. کار شمارش بذور جوانهزده تا زمانی که جوانهزنی ثابت شد و دیگر بذری جوانه نزد ادامه داشت (حدود 20 روز). سپس درصد، سرعت، زمان جوانهزنی و دماهای کاردینال محاسبه گردید.
در محاسبه درصد جوانهزنی (Gp) از رابطه 1 استفاده شد :(Ranjbar et al., 2013)
(رابطه 1) GP = n/N.100
در این رابطه n تعداد بذور جوانهزده وN تعداد کل بذرها است .
اندازهگیری سرعت جوانهزنی بذر با استفاده از رابطه 2 صورت گرفت(Alipoor and Mahmodi, 2016) :
GR =∑ (Si/Di) (رابطه2)
GR: سرعت جوانهزنی (تعداد بذر در روز)
Si: تعداد بذر جوانهزده در هر شمارش
Di: تعداد روز تا شمارش nام
متوسط زمان جوانهزني بذرها(MGT)4 با استفاده از رابطه 3 محاسبهگردید(Kheirkhah et al.,2013).
MGT=Σfx.x/Σ fx (رابطه 3)
در این رابطه، fx: تعداد بذرهای جوانهزده در روز x و x : روز شمارش بذرها میباشد.
یکنواختی جوانهزنی نیز از رابطه زیر به دست آمد :(Alipoor and Mahmodi, 2016)
یکنواختی جوانهزنی = D90 - D10 (رابطه 4)
که در این رابطه D90 زمان تا رسیدن به 90 درصد جوانهزنی و D10 زمان تا رسیدن به 10 درصد جوانهزنی میباشد. مقادیر پایین آن حاکی از یکنواختی بیشتر و مقادیر بالای آن نشان دهنده یکنواختی کمتر جوانهزنی میباشد.
برای تعیین دماهای کاردینال از رابطه زیر استفاده گردید :(Ansori et al., 2014)
R50= f (T) / eo رابطه 5) )
که در آن f (T) تابع دما وeo تعداد روز بیولوژیک (حداقل زمان از آب نوشی بذر تا جوانهزنی در شرایط دمایی مطلوب) مورد نیاز برای جوانهزنی میباشد.
توابع دمایی مورد آزمون به شرح زیر میباشد (Soltani et al., 2008):
1- تابع دندان مانند5 :
f(T) = (T- Tb)/(To1- Tb) if Tb < T ≤ To1 ) (رابطه 6
f(T) = (Tc - T)/(Tc- To2) if To2< T < TC (رابطه 7)
f(T)= 1 if To1≤ T≤ To2
f(T) = 0 if T ≤ Tb or T ≥ Tc
2- تابع بتا6:
f(T) = [[(T- Tb)/(To - Tb) ×(Tc - T)/(Tc- To)] (Tc - To)/(To- Tb) ] α (رابطه 8)
3- تابع دو تکهای7:
f(T) = (T- Tb)/(To- Tb) if Tb < T ≤ To (رابطه 9)
f(T) = 1- (T - To)/(Tc- To) if To≤ T < TC (رابطه 10)
f(T)= 0 if T ≤ Tb or T ≥ Tc
که در آن T : دما ، Tb: دمای پایه ، TO:دمای مطلوب، TO1:دمای مطلوب پایینی و TO2:دمای مطلوب بالایی، TC: دمای حداکثر و α : پارامتر شکل برای تابع بتا میباشد.
تجزیه و تحلیل دادهها توسط نرمافزار SAS (نسخه 3/9) انجام شد و برای مقایسه میانگینها از روش LSD استفاده گردید.
نتایج و بحث
تأثیر دما بر سرعت جوانهزنی
تجزیه واریانس دادههای مربوط بهسرعت جوانهزنی بذر نشان داد که بین سرعت جوانهزنی بذر در دماهای مختلف از لحاظ آماری اختلاف معنیدار (01/0p≤ ) وجود داشت (جدول1).
با افزایش دما از 5 تا 35 درجه سانتیگراد بر سرعت جوانهزنی افزوده شد تا در دمای 30 درجه سانتیگراد حداکثر سرعت جوانهزنی بهدست آمد، ولی بین دمای 30 و 35 درجه سانتیگراد از لحاظ سرعت جوانهزنی اختلاف معنیداری وجود نداشت(شکل1). با افزایش دما از 35 به 40 درجه سانتیگراد سرعت جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل کاهش یافت به نحوی که در دمای 45 درجه سانتیگراد هیچ بذری جوانه نزد (جدول2).
به نظر میرسد که با افزایش دما سرعت جوانهزنی حداقل در یک دامنه دمایی مناسب بهطور خطی افزایش مییابد، ولی در دماهای بالاتر افت شدیدی نشان میدهد. دما سرعت واکنشهای شیمیایی را تحت تأثیر قرار میدهد و از آنجا که جوانهزنی شامل فرآیندهای آنزیمی متعددی از نوع کاتابولیسم و آنابولیسم میباشد، بنابراین بهشدت نسبت به دما واکنش نشان میدهد. در نتیجه سرعت جوانهزنی پایین در دماهای کم را میتوان به پایین بودن سرعت واکنشهای متابولیسمی در این محدوده دمایی نسبت داد .(Sarmadnia and koochaki, 2007) در پژوهش صورت گرفته روی جوانهزنی بذر گیاهان دارویی ملاحظه شد که افزایش دما تا محدوده 30 درجه سانتیگراد سبب افزایش سرعت جوانهزنی و افزایش دما بیشتر از 30 درجه سانتیگراد سرعت جوانهزنی بذور را کاهش داده است (Najafi et al., 2007).
جوانهزنی سریع احتمال خروج بهموقع ریشهچه از بذرها و استفاده از رطوبت خاک و همچنین استقرار بهتر گیاهچه را در گیاهان دارویی را افزایش میدهد.
شکل ا- سرعت جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل در دماهاي مختلف
شکل2- پاسخ سرعت جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل به سطوح مختلف دمائی در مدل های مختلف
جدول1 :تجزيه واريانس ویژگیهای جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل در شرايط اعمال دماهاي مختلف
میانگین مربعات | درجه آزادی
| منابع تغییر | |||||||||
درصد جوانهزنی | متوسط زمان جوانهزنی
| یکنواختی جوانهزنی | سرعت جوانهزنی |
|
| ||||||
3611** | 69.2** | 17.4** | 4.83** | 8 | دما | ||||||
3.11 | 0.149 | 0.35 | 0.028 | 27 | خطا | ||||||
4.88 | 9.20 | 14.1 | 13.2 |
| ضریب تغییرات | ||||||
** معنیداری در سطح احتمال 1 درصد
طبق نتایج حاصله (جدول 1)، تأثیر دما بر درصد جوانه معنیدار بود (01/0 ≥ p). نتایج مقایسه میانگینها نشان داد که حداکثر جوانهزنی در دمای 30 درجه سانتیگراد (70 درصد) به دست آمد و کمترین درصد جوانهزنی مربوط به دمای 15 و 40 درجه سانتیگراد بود. در دمای 5، 10 و 45 درجه سانتیگراد جوانهزنی مشاهده نشد(شکل3). علت توقف جوانهزنی در دمای حداکثر، احتمالاً تغییر ماهیت پروتئینهای ضروری جوانهزنی میباشد، دماهای بالا علاوه بر کاهش سرعت جوانهزنی سبب از بین رفتن بذر نیز میشود) .(Zangoie et al., 2012
جوانه زنی بذر مجموعهای از فعل و انفعالات بیوشیمیایی است که عمدتا به دما و رطوبت بستگی دارد، به طوری که کاهش فعالیتهای آنزیمی در دماهای پایین و خسارت آنزیمها در دماهای بالا علت اصلی کاهش درصد جوانه زنی در خارج از محدوده دمایی مطلوب گیاهان میباشد. اگر بذرها در دمای مناسب جوانهزنی قرار نداشته باشند برای شروع جوانه زنی به زمان بیشتری نیاز دارند. دماهای خارج از محدوده دمایی مطلوب برای جوانهزنی علاوه بر کاهش درصد جوانهزنی سبب افزایش مدت زمان رسیدن به درصدهای مختلف جوانهزنی بذرهای این گیاه شد. سرعت بالای جوانهزنی امکان استفاده به موقع از رطوبت خاک و استقرار موفق گیاهچهها را فراهم مینماید( Nozarpour et al,. 2016 ).
بهطورکلی یکی از مزایای افزایش درصد جوانهزنی بذر گیاهان، افزایش تراکم بوته در واحد سطح و نهایتاً افزایش عملکرد است. دما بهدلیل اثری که بر خواب، سرعت جوانهزنی و سرعت رشد ریشهچه و ساقه چه دارد، درصد جوانهزنی نهایی بذرها را در گیاهان مختلف تحت تأثیر قرار میدهدet al,. 2008) .(Poortousi
شکل3- مقایسه میانگین درصد جوانهزنی بذرهندوانه ابوجهل در دماهاي مختلف
تأثیر دما بر یکنواختی جوانهزنی
طبق نتایج تجزیه واریانس(جدول1) اثر دما بر یکنواختی جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل معنیدار (01/0≥ p) بود. با افزایش دما از 5 تا 40 درجه سانتیگراد، یکنواختی جوانهزنی افزایش یافت. بیشترین یکنواختی جوانهزنی از دمای 40 درجه سانتیگراد و کمترین آن از دمای 25 درجه سانتیگراد به دست آمد. روند افزایش دما از 15 درجه سانتیگراد تا 25 درجه سانتیگراد باعث کاهش یکنواختی جوانهزنی بذر شد، ولی افزایش دما از 30 تا 40 درجه سانتیگراد یکنواختی جوانهزنی بذور را افزایش داد. بین دماهای 30 و 35 درجه سانتیگراد و دماهای 20 و 25 درجه سانتیگراد از نظر یکنواختی جوانهزنی اختلاف معنیداری وجود نداشت (شکل4).
بیشترین افزایش یکنواختی جوانهزنی با افزایش دما از 35 به 40 درجه سانتیگراد به دست آمد. افزایش یکنواختی جوانهزنی بذر در دماهای پایین حاکی از اثرات نامطلوب دماهای پایین بر سرعت بخشی از فرآیندهای بیوشیمیایی جوانهزنی (تجزیه ذخایر غذایی و رشد گیاهچه) است.
در حقیقت یکنواختی جوانهزنی طول مرحله خطی در منحنی درصد تجمعی جوانهزنی در مقابل زمان را نشان میدهد، هرقدر طول این مرحله کوتاهتر باشد جوانهزنی از همزمانی بیشتری برخوردار است. برعکس طولانی بودن این مرحله نشان میدهد که بذرها بهطور همزمان جوانه نزدهاند، بلکه جوانهزنی آنها در دوره زمانی طولانیتری صورت گرفته است. جوانهزنی غیر همزمان در مدت طولانیتر با احتمال بیشتر حمله بیماریهای خاکزی به بذر و گیاهچه روبرو هستند و سبب کاهش استقرار کامل گیاهچهها خواهد شد. سایر تحقیقات نیز نشان داده است که معمولاً بیشترین یکنواختی جوانهزنی بذر گیاهان در دماهای بالا صورت میگیرد( .(Zeinali, 2001 ; Latifi, 2004
شکل4- اثر دما بر یکنواختی جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل
تأثیر دما بر میانگین زمان جوانهزنی
بر اساس نتایج بهدستآمده از تجزیه و تحلیل دادهها (جدول 1) اختلاف میانگین زمان جوانهزنی در دماهای مختلف معنیدار بوده (01/0p≤)، بهطوری که با افزایش دما از 5 درجه به 40 درجه سانتیگراد متوسط زمان جوانهزنی بذر بهطور معنیداری کاهش یافت (جدول 2).
بیشترین زمان جوانهزنی مربوط به دمای 15 درجه سانتیگراد (75/9 روز) و کمترین زمان جوانهزنی بذور مربوط به دمای 40 درجه سانتیگراد (52/5 روز) بود. اختلاف معنیداری از نظر میانگین زمان جوانهزنی بذر بین دماهای 15 و 20 درجه سانتیگراد و همچنین بین دماهای 30 و 35 درجه سانتیگراد مشاهده نشد (شکل 5).
جدول 2: مقایسه میانگین اثر دماهای مختلف بر ویژگیهای جوانه زنی بذر هندوانه ابوجهل
درصد جوانهزنی | میانگین زمان جوانهزنی (روز)
| یکنواختی جوانهزنی | سرعت جوانهزنی(تعداد/ روز( | دما (درجه سانتیگراد) | ||
0g | 0f | 0e | 0e | 5 | ||
0g | 0f | 0e | 0e | 10 |
| |
46e | 9.75a | 4.04b | 1.45c | 15 |
| |
53d | 9.73a | 4.90a | 1.41cd | 20 |
| |
63c | 8.80b | 5.04a | 1.82b | 25 |
| |
70a | 4.48e | 3.39bc | 2.80a | 30 |
| |
67b | 6.31c | 2.98c | 2.73a | 35 |
| |
26f | 5.52d | 1.91d | 1.20d | 40 |
|
|
0g | 0f | 0e | 0e | 45 | ||
2.56 | 0.56 | 0.86 | 0.24 | LSD 5% |
در هر ستون میانگینهای دارای حروف مشترک اختلاف معنیداری با یکدیگر ندارند.
شکل5- اثر دما بر میانگین زمان جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل
دماهای کاردینال جوانهزنی
دماهای کاردینال جوانهزنی بذر هندوانه ابوجهل بر اساس توابع دمایی مختلف در جدول 3 نشان داده شده است. بر این اساس دمای پایه 12 درجه سانتیگراد، دمای بهینه بین 30 تا 5/34 درجه سانتیگراد و دمای بیشینه حدود 45 درجه سانتیگراد میباشد. در این بررسی، میانگین روز بیولوژیک (تعداد روز مورد نیاز برای جوانهزنی تحت شرایط دمای مطلوب) 5/2 روز بود.
. جدول 3: مقادیر دماهای کاردینال جوانهزنی هندوانه ابوجهل بر اساس توابع دندانمانند، بتا و دوتکهای
دمای کاردینال (درجه سانتیگراد) | تابع دندان مانند
| انحراف معیار | تابع بتا | انحراف معیار | تابع دوتکهای | انحراف معیار |
دمای پایه | 12 | 3.99± | 12 | 3.82± | 12 | 2.35± |
دمای مطلوب تحتانی | 29.2 | 1.49± | --- | ---- | --- | --- |
دمای مطلوب فوقانی | 34.5 | 2.59± | 30 | 3.37± | 30 | 3.72± |
دمای حداکثر | 44.8 | 1.66± | 45 | 1.9± | 45 | 3.69± |
روز بیولوژیک | 2.8 | 0.51± | 2 | 2.76± | 91/2 | 0.62± |
از آنجا که گیاهان خانواده کدوئیان عمدتاً با آبوهوای گرم سازگار هستند. بنابراین بسیاری از آنها برای جوانهزنی به دماهای نسبتاً بالا نیاز دارند (Nerson, 2007). محدوده دمای جوانهزنی برای این گیاهان از 15 تا 45 درجه سانتیگراد میباشد که با توجه به نوع گیاه و رقم متفاوت میباشد، ولی در بیشتر مطالعات دمای مطلوب جوانهزنی برای این گیاهان در محدوده 20 تا 30 و حداقل آن 15 و حداکثر آن 38 درجه سانتیگراد گزارش شده استet al., 2007) .(Milani کورتار(Kurtar, 2010) گزارش کرد که بذر اکثر گیاهان خانواده کدوئیان (انواع کدو، خیار و خربزه) در دمای 12 درجه سانتیگراد به میزان قابل توجهی جوانه میزنند اما هندوانه برعکس سایر گیاهان این خانواده برای جوانهزنی به دمای حداقل 15 درجه سانتیگراد نیاز دارد.
با توجه به اینکه هندوانه ابوجهل نیز از خانواده کدوئیان و بومی مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری است، دماهای کاردینال آن نیز در محدوده بیشتر گیاهان این خانواده قرار دارد.
نتیجهگیری
نتایج این تحقیق نشان داد بذرهای هندوانه ابوجهل در صورت شکسته شدن خواب قادرند در شرایط آزمایشگاهی تا 70 درصد جوانه بزنند. با افزایش دما تا 30 درجه سانتیگراد سرعت جوانه زنی، درصد جوانه زنی و یکنواختی جوانه زنی افزایش یافت و پس از آن روند کاهشی داشت. دمای پایه، مطلوب و بیشینه این گیاه به ترتیب 12، 30 و 45 درجه سانتیگراد میباشد.
منابع
Adam, N.R., Dierig, D.A., Coffelt, T.A. and Wintermeyer, M.J. 2007. Cardinal temperatures for germination and early growth of two Lesquerella species. Industrial Crops and Products, 25: 24-33.
Alipoor, Z. and Mahmodi, S. 2016. Determination of cardinal temperatures and respons of Securigera securidaca L. to different temperatures of germination. Iranian Journal of Seed Research, 2(2) :137-147.
Bannayan, M., Najafi, F., Rastgoo, M. and Tabrizi, L. 2006. Germination properties of some wild medicinal plants from Iran. Journal Seed Technology, 28: 80-86.
Ghahraman, A., 1991.Color Flora of Iran. Research Institute of Forests and Rangelands Publications. Botany Department. Tehran.
Jami Al-Ahmadi, M. and Kafi, M. 2007. Cardinal temperatures for germination of Kochia scoparia L. Journal of Arid Environments, 68: 308-314.
Kamkar, B. Zolfagharnejad, H. Khalili, N. 2015. Quantifying of germination rate response to temperature of three sunflower varieties using nonlinear regression models. Journal of Plant Production, 22(2): 119-136.
Kherikhah, M., Koochaki, A., Rezvani Moghaddam, P. and Nassiri Mohallati, M.2013. Determination of Cardinal Temperature of seed germination of Zizphora (Ziziphora clinopodioides) as a medicinal plant. Iranian Journal of Field Crops Research, 11(49): 543-550.
Koochaki, A., Azizi, G. 2005. Effect of different treatments on breaking dormancy of Teucrium polium. Iranian Journal of Field Crops Research, 3(1):81-88.
Kurtar, E.S. 2010. Modelling the effect of temperature on seed germination in some cucurbits. African Journal of Biotechnology, 9(9): 1343-1353.
Latifi, N., Soltani, A., and Spanner, D. 2004. Effect of temperature on germination components in Canola cultivars. Iranian, J. Agric. Sci., 35(2): 313-321.
Milani, E., Seyed, M., Razavi, A., Koocheki, A., Nikzadeh,V., Vahedi, N. and GholamhosseinPour, A. 2007. Moisture dependentphysical properties of cucurbit seeds. International Agrophysics, 21: 157-168.
Mozaffarian, v. 2000. Flora Yazd. Yazd Publishing. Yazd.
Najafi, F., Koocheki, A., Rezvani Moghaddam, P. and Rastgoo, M. 2007. Evaluation of seed germination characteristics in Nepeta binaludensis, a highly endangered medicinal plant of Iran. Iranian Journal of Field Crops Research, 4(2): 385-392.
Nerson, H. 2007. Seed production and germinability of cucurbit crops. Seed Science and Biotechnology, 1: 1-10.
Nozarpour, E., Tavakkol Afshari, R., Elias Soltani, E. and Majnoun Hosseini, N. 2016. Determination of cardinal temperatures of lemon balm (Melissa officinalis L.) seeds in response to temperatures and water potentials. Iranian Journal of Crop Sciences, 47(3): 341-351.
Portoosi, N., Rashed Mohasel, M. H. and Ezadi Darbandi, E. 2008. Germination characteristics and cardinal temperatures of lambsquarter, purselane and crabgrass. Iranian Journal of Field Crops Research, 6(2): 255-361.
Ranjbar, f., koocheki, A., Nassiri Mahalati, M. and kamayestani, n. 2013.Cardinal temperatures and germination properties of fennel (foeniculum vulgar). Seed research, 3(3): 61-68.
Salk, A., Arın, L., Deveci, M., and Polat, S .2008. Special vegetable growing. In Turkish, Tekirdag, p.488, ISBN 978-9944-0786-0-3.
Sarmadnia, GH.H. and koochaki, A. 2007.Plant physiology. Publications Jahad Daneshgahi Mashhad.400pp.
Soltani, E., Galeshi, S., Kamkar, B. and Akram-Ghaderi, F. (2008). Modeling seed aging effects on the response of germination to temperature in wheat. Seed Science and Biotechnology, 2, 32-36.
Zangoie, M., Parsa, S., Mahmoodi, M. and Jami Al-Ahmadi, M. 2012. Evaluation of cardinal temperature for germination of asafoetida (Ferula assafoetida L.) seeds. J. of Plant Production, 19(3): 193-202.
Zeinali, E., Soltani, A., Galeshi, S., and Sadati, S.J. 2001. Cardinal temperatures, response to temperature and range of thermal tolerance for seed germination in wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. J. Plant Prod., 3(3): 23-42.
Study of seed germination properties and determination of cardinal temperatures of Bitter Apple ( Citrullus colocynthis L.) as a medicinal plant
Abstract
Bitter apple (Citrullus colocynthis) is one of the medicinal plant that grows in semi-arid and desert condition which have been used in traditional medicine. There is a few research on cardinal temperatures of Bitter apple in the literature. In order to determine Germination characteristics and cardinal temperatures for Bitter apple, a laboratory experiment was down in petri dish based on completely randomized design with four replications. The experimental treatments were nine different temperatures (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 °c). The measured traits were germination percentage, germination rate and mean germination time. Cardinal temperature was calculated using dental, dual, and beta functions. The results showed that with increasing temperature up to 30 ° C, percentage and germination speed increased. The highest germination percentage (70%) and germination rate (2.8 seeds / day) were observed at 30 ° C. The lowest germination time (4.48 days) was observed at 30°C. The base, favorite and maximum temperatures (cardinal temperatures) for this plant were12, 30 and 45 °c, respectively.
Key words: germination rate, Bitter Apple, Maximum temperature, Cardinal temperatures
[1] .base temperature
[2] .optimum temperature
[3] .maximum temperature
[4] . Mean Germination Time
[5] . Dent- like function
[6] . Beta function
[7] . Segmened function