Investigation the relationship betwean herbicide resistance in wild oat biotypes (Avena ludoviciana L.) and their freezing tolerance

مقدمه

یولاف وحشی از مهمترین علف​های هرز غلات پاییزه است (Cousens, et al., 1991)، که کنترل آن، از مهمترین چالش​های موجود در مدیریت زراعی گندم است. در این ارتباط استفاده از علف​کش​ها مهمترین روش مبارزه با این علف​هرز است، که به دلیل تاثیر سریع و مقرون به صرفه بودن از استقبال بیشتری نسبت به سایر روش​های کنترل برخوردار است.  با وجود این، بروز مقاومت به علف​کش ها که از پیامدهای کاربرد بی رویه این آفت​کش​ها است از مهمترین مشکلات پیش روی علم علف های هرز است (زند و باغستانی، 1381).  هر چند پیامد مستقیم و منفی این پدیده،  عدم کنترل علف​هرز در اثر استعمال علف​کش می باشد، اما این احتمال هم وجود دارد که سایر ویژگیهای زیستی علف هرز مقاوم به علف کش، تحت تاثیر قرار گیرد، که به این خصوصیات زیستی شایستگی نسبی¹  آن گونه اطلاق می شود. منظور از شایستگی، توانایی استقرار، بقاء، رقابت و تکثیر موفقیت آمیز علف​های هرز در شرایط مختلف است که در برنامه ریزی مدیریت بیوتیپ​های مقاوم علف‌های​هرز مهم و تاثیرگذار است (زند و باغستانی، 1381)  و در صورت حذف فشار انتخاب، از مهمترین عوامل تاثیر گذار بر تغییرات جمعیتی توده های حساس و مقاوم است.  شایستگی یکی از مهمترین عوامل تاثیر گذار در ایجاد، تکامل و تداوم حضور بیوتیپ های علف های هرز مقاوم است (زند و همکاران، 1387؛ (Gressel and Segel, 1990. تحت شرایط انتخاب طبیعی، بیوتیپ های علف های هرزی که دارای بیشترین شایستگی هستند تولید افراد بیشتری می کنند و به مخزن ژنی مسلط می شوند. بنابراین، تفاوت شایستگی بیوتیپ های مقاوم و حساس ممکن است ناشی از تفاوت باروری، توانایی رقابتی و پاسخ به عوامل محیطی از قبیل سرما و خشکی باشد (طهماسبی، 1389). بطور کلی سرنوشت تکامل ژن مقاومت به علف کش در علف های هرز، به مقدار زیادی به دو خصوصیت سودمندی مقاومت ایجاد شده و اثر منفی چند گانه ژن بر شایستگی، بستگی دارد. اگر هزینه شایستگی ژن مقاومت زیاد باشد، آنگاه در غیاب عامل گزینش (علف‌کش)، داشتن ژن مقاومت در مقایسه با آلل های نوع وحشی یک نقص محسوب خواهد شد. از اینروآگاهی از خصوصیات بیولوژیکی توده های علف هرز  مقاوم و حساس به علف کش و همچنین شناخت  مکانیزم هایی که سبب ایجاد مقاومت شده اند، ممکن است در مدیریت آنها مفید باشند. اعتقاد بر این است که تفاوت در شایستگی علف های هرز مقاوم و حساس به علف کش، امکان پیش بینی روند تکامل مقاومت به علف کش و طراحی راهبردهای مدیریتی به منظور بهره برداری از صفاتی که منجر به کاهش نمود اکولوژیکی توده های مقاوم می شود، را فراهم می نماید (طهماسبی، 1389).

در این ارتباط تنش های محیطی از مهمترین عواملی هستند که ممکن است شایستگی بیوتیپ های مقاوم و حساس به علف کش علف های هرز در پاسخ به آنها متفاوت باشند و از آنجایی که توان رقابتی گونه های رقیب تحت تاثیر مستقیم عوامل اقلیمی و تنش​های مربوطه است، ارزیابی تحمل نسبی بیوتیپ​های حساس و مقاوم علف​هرز به تنش​ها، می تواند به عنوان شاخصی مهم در این ارتباط مد نظر قرار گیرد(طهماسبی، 1389). تنش سرما و یخ زدگی از مهمترین پدیده های طبیعی موجود است که در گیاهان زراعی پاییزه ای مانند گندم و علف های هرز پاییزه یک ساله ای مثل یولاف وحشی می تواند به عنوان شاخصی در ارزیابی شایستگی بیوتیپ های مقاوم و حساس به علف کش در علف های هرز و گیاهان زراعی باشد و با توجه به اینکه تحمل به تنش های محیطی از جمله سرما و یخ زدگی در استقرار و توان رقابتی گونه های رقیب موثر است. از اینرو مطالعه شایستگی گونه های رقیب در پاسخ به آنها در پیش بینی توان رقابتی آنها و تلفات عملکرد محصولات زراعی مفید است. 

اگر چه در ارتباط با تحمل به یخ زدگی گیاهان زراعی مطالعات زیادی انجام شده است و نتایج اغلب  آنها نیز دلالت بر کارایی مطلوب شاخص بقاء در ارزیابی تحمل به یخ زدگی گیاهان می باشد. اما در  گونه های هرز و وحشی و بخصوص در ارتباط با رابطه تحمل به یخ زدگی و مقاومت به علف کش در علف های هرز، اطلاعاتی موجود نیست.

 با توجه به اینکه بر اساس بررسی​های انجام شده در کشور، مقاومت یولاف وحشی به علف کش​های بازدارنده آریل اکس فنوکسی پروپیونات  در کشور محرز شده است (راستگو، 1385)، این بررسی به منظور ارزیابی شایستگی نسبی بیوتیپ​های مقاوم و حساس یولاف وحشی به تنش یخ زدگی با استفاده از آزمون بقاء انجام شد.

مواد و روش ها

این آزمایش در سال 1388 در دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد به منظور بررسی واکنش بیوتیپ های مقاوم و حساس یولاف وحشی به علف کش به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. عوامل مورد بررسی در این آزمایش، شامل بیوتیپ های​ یولاف وحشی (پنج بیوتیپ مقاوم به علف​کش های کلودینافوپ پروپارژیل(تاپیک) و دیکلوفوپ متیل (ایلوکسان) که دارای بالاترین مقاومت عرضی بودند (راستگو، 1385) و دو بیوتیپ حساس به علف کش های مذکور(مشهد و خوزستان) (جدول1) و هفت دمای یخ​زدگی (3-، 6-، 9-، 12- ، 15-، 18- و21- درجه سانتی​گراد) بودند. پس از تهیه بذور بیوتیپ های مذکور برای حذف خواب بذر و جوانه دار کردن آنها، بذورآنها را پس ازپوست​کنی با استفاده از محلول هیپوکلریت سدیم 3 درصد، ضد عفونی و در پتری دیش های 10 سانتی متری به مدت 4 روز در دمای 5 درجه سانتی گراد و به مدت یک هفته در معرض تیمار پیش سرمادهی قرار گرفتند (راستگو، 1385). پس از جوانه​دار شدن، بذور جوانه زده را  در گلدان​هایی  پلاستیکی با قطر 10 سانتی متر کشت و برای تطابق با سرما تا مرحله 3 تا 4 برگی در شرایط طبیعی نگهداری شدند و برای اعمال تیمارهای یخ زدگی، با استفاده از فریزر ترموگرادیان، در معرض دماهای یخ زدگی قرار گرفتند. یاد آوری می شود شناسایی بوته های یولاف وحشی در حد گونه در بخش هرباریوم پژوهشکده علوم گیاهی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد.

جدول 1------------------

دمای فریزر در شروع آزمایش 5 درجه سانتی​گراد بود و پس از آن با سرعت 2 درجه سانتی گراد در ساعت کاهش یافت تا به دمای مورد نظر در تیمارهای آزمایش رسید. پس از رسیدن به دمای مورد نظر، نمونه‌ها به مدت یک ساعت در این دما نگهداری و سپس از فریزر خارج شده و به منظور کاهش سرعت ذوب، گیاهان به محیطی با دمای 4 درجه سانتی​گراد منتقل و به مدت 24 ساعت در آنجا نگهداری شدند. به منظور ایجاد هستک یخ در گیاهچه​ها، در دمای 3- درجه سانتی گراد محلول حاوی هستک یخ، بر روی گیاهان به نحوی پاشیده شد که سطح گیاهان را قشر نازکی از این محلول پوشاند(نظامی، 1381).

 برای تعیین درصد بقاء، بازیافت و رشد مجدد، پس از انتقال گیاهان تیمار شده به شاسی سرد پس از3 هفته درصد بقاء و بازیافت آنها مورد ارزیابی قرار گرفت و برای تعیین درصد بقاء گیاهان از معادله 1 استفاده شد.

معادله1]               100× (تعداد گیاهان قبل از تیمار یخ زدگی) / (تعداد گیاهان زنده سه هفته پس از تیمار یخ زدگی)[‌ =درصد بقاء

برای تعیین بازیافت و رشد مجدد گیاهان، وزن خشک آنها اندازه گیری و ثبت شدند. درجه حرارت کشنده برای 50 درصد نمونه ها (LT_50su) و نیز دمایی که منجر به 50 درصد بازدارندگی رشد (RDMT₅₀ ) گیاهان می شود  با استفاده از رسم نمودار درصد بقاء و وزن خشک نمونه ها در مقابل دماهای یخ زدگی تعیین شد.

تجزیه آماری داده ها با استفاده از نرم افزارهای SAS 9.1 انجام شد. برای رسم نمودارها و برای تعیین LT_50su  و RDMT₅₀  از نرم افزارهای Curve Expert 1.3 و EXCEL استفاده شد. میانگین داده ها نیز با استفاده از آزمون LSD  در سطح 5 درصد مقایسه شدند.

نتایج و بحث

درصد بقاء و دمای کشندگی 50 درصد گیاهان (LT_50su)

نتایج حاصل از آنالیز داده​ها نشان داد که دماهای یخ​زدگی بر بقاء یولاف وحشی سه هفته پس از اعمال تیمار یخ​زدگی تاثیرکاملا معنی​داری (P≤0.01) داشتند و بیوتیپ های یولاف وحشی اختلاف معنی داری از نظر درصد بقاء با هم داشتند  (جدول 2). بر اساس نتایج حاصل، با کاهش دما، بقاء بیوتیپ​های یولاف وحشی کاهش معنی​داری یافت (شکل 8).

جدول 2-------------------

بطور کلی در ارتباط با شایستگی و واکنش علفهای هرز به تنش های محیطی بویژه تنش یخ زدگی مطالعات بسیار محدودی انجام شده است. حال اینکه در گیاهان مشابه از جمله گندم و جو که یولاف وحشی در آنها به عنوان علف هرز اصلی محسوب می شود (راستگو، 1385، زند و باغستانی، 1381 و زند و همکاران، 1387) مطالعات متعددی انجام شده است (عزیزی، 1384؛ Gusta and Fowler, 1977؛ Yoshida, et al., 1998؛ Fowler, et al., 1996). در آزمایش عزیزی و همکاران (1384) مشاهده شد که اثر تیمارهای دمایی بر درصد بقاء گندم معنی‌دار بود، به طوری که با کاهش دما درصد بقاء گندم بطور معنی داری کاهش یافت. بر اساس گزارش نامبردگان، بیشترین درصد بقاء گندم در تیمار شاهد (صفر درجه سانتی‌گراد) (5/99 درصد) و کمترین درصد بقاء آن در دمای 20- درجه سانتی‌گراد (صفر درصد) مشاهده شد. در آزمایش دیگری که توسط Rife and Zeinali (2003) بر روی سه رقم کلزا انجام شد، مشاهده شد که درصد بقاء گیاه در دماهای 6- ، 8- ، 10- و 12- درجه سانتی گراد،  به ترتیب 64، 27، 9 و7 درصد بود. اعتقاد بر این است، زمانی که گیاهان زمستانه در معرض دماهای بالای صفر و زیر 10 درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرند، قادر به خوسرمایی هستند (Gusta and Fowler, 1997). همچنین مشخص شده است که غلات زمستانه از طریق برخی مکانیسم​های فیزیولوژیکی و بیوشیمیائی قادرند تا در دماهای پائین (15- تا 20- درجه سانتی‌گراد) تا حد بسیار زیادی بقاء خود را حفظ کنند. ازجمله این مکانیسم‌ها تغییر در متابولیسم چربی و فسفو لیپیدها، افزایش اسیدهای چرب غیر اشباع و افزایش قندها می باشد (Yoshida, et al., 1998)، که نقش این مواد تنظیم فرایند تحمل به یخ‌زدگی در گیاهان و پایداری و حفاظت غشاهای سلولی است (Murata and Los, 1997).

.

بین بیوتیپ​های یولاف وحشی از نظر LT_50su نیز اختلاف کاملا معنی‌داری (P≤0.01) وجود داشت (جدول3)، بطوریکه بیوتیپ حساس مشهد (SM) کمترین (44/11- درجه سانتی گراد) و بیوتیپ ZR5  بیشترین LT_50su (53/9- درجه سانتی​گراد) را داشتند (شکل1). دراین ارتباط، بر اساس نتایج مطالعات (1997) Cardona, et al و که به منظور بررسی تحمل بیوتیپ های پاسپالوم (Paspalum vaginatum Swarts) به یخ زدگی انجام شد، مشاهده شد که بیوتیپ های پاسپالوم اختلاف معنی داری از نظر LT_50su داشتند. بر اساس گزارش نامبردگان، بیوتیپ Midiron   با  ^oC 12- = LT_50su   و PI 299042  با ^oC 8-=LT_50su  بترتیب مقاوم‌ترین و حساس‌ترین بیوتیپ های پاسپالوم به سرما شناخته شدند.

جدول 3-شکل 1-----------------------

در بررسی همبستگی بین درصد بقاء و دمای کشنده 50 درصد گیاهان (LT_50su) یولاف وحشی نیز، مشاهده شد که با کاهش درصد بقاء، LT_50su  افزایش یافت (شکل 2).  ضریب همبستگی درصد بقاء و LT_50su  در این آزمایش 82/0- R=  بود. لذا به نظر می رسد که علاوه بر شاخص درصد بقاء، از شاخص LT_50su (بر اساس درصد بقاء) نیز می‌توان برای ارزیابی میزان خسارت سرما در بیوتیپ های یولاف وحشی استفاده کرد. بطوریکه تغییرات در درصد بقاء را می توان با توجه به ارتباط آن با شاخص LT_50su مورد ارزیابی و پیش بینی قرار داد. در این ارتباط در بررسی  Bridger, et al(1996) نیز که به منظور بررسی بقای زمستانه برخی از غلات در مزرعه انجام شد، مشخص شد که بین شاخص بقاء در مزرعه و LT_50su  بقاء حاصل از گیاهان قرار گرفته در معرض دماهای یخ​زدگی در شرایط کنترل شده،همبستگی قوی وجود دارد.

شکل 2-------------------

با گروه​بندی بیوتیپ​های مورد مطالعه به دو گروه حساس خوزستان و مقاوم به علف​کش خوزستان، (شکل 5)، مشخص شد که با وجود شباهت کلی در واکنش بقای بیوتیپ​های حساس و مقاوم به علف​کش​های خوزستان در شرایط تنش یخ زدگی، مشاهده شد که درصد بقای تمامی بیوتیپ​های مقاوم تا دمای 12- درجه سانتی​گراد، تحت تاثیر تنش یخ زدگی قرار نگرفت، در حالی که درصد بقاء بیوتیپ های حساس از دمای 6- به بعد کاهش معنی داری یافت (شکل3).      

شکل 3-------------------------------------

دمای کاهنده 50 درصد وزن خشک گیاهان (RDMT₅₀)

نتایج نشان دادند که بیوتیپ​های یولاف​وحشی از نظر RDMT₅₀ اختلاف معنی​داری (P≤0.05) داشتند (جدول3 و شکل4). کم‌ترین و بیشترین مقدار RDMT₅₀  به ترتیب در بیوتیپ Skh (5/9- درجه سانتی‌گراد) و بیوتیپ SM (7/13- درجه سانتی‌گراد) مشاهده شد. در بررسی نظامی (1381) بر روی تحمل به سرمای نخود در شرایط کنترل شده مشاهده شد که در ژنوتیپ‌های متحمل به سرما، شاخص RDMT₅₀دو درجه سانتی‌گراد کمتر از ژنوتیپ حساس به سرما بود. با توجه به نتایج حاصل از این آزمایش، نیز RDMT₅₀ بیوتیپ حساس به علف​کش مشهد (SM) اختلاف معنی داری با بیوتیپ حساس به علف​کش خوزستان (Skh) داشت (شکل 6). این مسئله می تواند به دلیل سازگاری بیوتیپ حساس به علف​کش مشهد (SM) با شرایط آب و هوایی مشهد باشد. در دو بیوتیپ​ مقاوم به علف​کش خوزستان (NR11, SOR1) نیز با توجه به عدم تفاوت معنی دار از نظر  RDMT₅₀ با بیوتیپ حساس به علف​کش مشهد، می توان اظهار داشت که این بیوتیپ ها با داشتن خصوصیات سازگارکننده توانسته اند رشد مجدد نسبتا خوبی در شرایط آزمایش داشته باشند. اما بیوتیپ​های ZR5, STR1،DR4 توانایی خوبی در رشد مجدد پس از یخ زدگی نداشته و از نظر دمای کاهنده 50 درصد وزن خشک گیاه مشابه بودند.

شکل 4-----------------

در بررسی اثرات متقابل بیوتیپ و دما بر درصد بقاء یولاف وحشی مشاهده شد که تاثیر دماهای یخ زدگی بر بقای یولاف وحشی در بیوتیپ های مورد مطالعه متفاوت و معنی دار (P≤0.01) بود (جدول2). با توجه به نتایج آزمایش، مشاهده شد که با کاهش دمای یخ​زدگی از درصد بقاء همه بیوتیپ​های یولاف وحشی کاسته شد.  اما در بیوتیپ حساس مشهد و ژنوتیپ های مقاوم به علف کش تا دمای 12-  درجه سانتی گراد، بقای یولاف وحشی تحت تاثیر قرار نگرفت. حال اینکه در بیوتیپ های حساس و مقاوم به علف کشZR5 خوزستان، با کاهش دما، از 6- درجه سانتی گراد، بقای آنها کاهش یافت و در دمای 15- درجه سانتی گراد بقای همه بیوتیپ​های یولاف وحشی صفر شد (شکل 5).

شکل 5---------------------

بطور کلی، نتایج این آزمایش نشان داد که در همه بیوتیپ​های یولاف وحشی با کاهش دما درصد بقای آنها کاهش یافت و در بین بیوتیپ های مورد بررسی بیوتیپ حساس به علف کش خوزستان و مشهد به ترتیب کمترین و بیشترین تحمل به سرما را از نظر میزان درصد بقاء و LT_50su و RDMT₅₀ داشتند. این بررسی نشان داد در گیاهان مهاجمی از جمله یولاف وحشی، استفاده از آزمون بقاء به عنوان روشی نسبتا مناسب در ارزیابی و شناخت بیوتیپ​های متحمل به سرما و یخ زدگی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر مقاومت به علف​کش در علف​های​هرز احتمالا با تغییر بعضی دیگر از خصوصیات آنها از جمله تحمل به سرما در ارتباط است. بطوریکه بر اساس نتایج حاصل از LT_50su، بیوتیپ​های مقاوم به علف کش یولاف​وحشی در مقایسه با بیوتیپ​های حساس به علف کش خوزستان، تحمل به یخ زدگی بیشتری داشتند. تغییر در صفات بیولوژیکی و فیزیولوژیکی علفهای‌هرز مقاوم به علف کش ها که از آن به شایستگی اطلاق می‌شود، از پدیده هایی است که می تواند در مدیریت آنها موثر باشد (زند و باغستانی، 1381). هر چند مطالعاتی در ارتباط با رابطه بین مقاومت به علف کش و تحمل به سرما و یخ زدگی انجام نشده است، اما بررسیهای انجام شده در مورد رابطه بین بروز مقاومت به علف کش در علف های هرز با سایر ویژگیهای زیستی آنها از جمله ویژگیهای جوانه زنی و سبز شدن، فتوسنتز و نرخ رشد بیوتیپ های مقاوم نشان از ارتباط این دو مقوله با هم دارند. برای مثال در مطالعات Soltani, et al (2008) که به منظور بررسی رابطه بین مقاومت به علف کش های ترایازین ها در گونه ای تاج خروس(Amaranthus tuberculatus var. rudis) و خصوصیات رشدی آن انجام شد، مشاهده شد که بین بیوتیپ های مذکور اختلافی در ویژگیهای رشدی از جمله تعداد برگ، ارتفاع، زیست توده و زمان گلدهی مشاهده نشد. اما بیوتیپ های مقاوم بترتیب 30 و 39 درصد زیست توده اندام زایشی و تعداد بذر کمتری نسبت به بیوتیپ حساس تولید کردند.  حال اینکه در تحقیقات انجام شده توسط طهماسبی (طهماسبی، 1389) بر روی  ژنوتیپ های یولاف وحشی مقاوم به علف کش، مشاهده شد که خصوصیات دیگری از جمله سرعت فتوسنتز، درصد و سرعت جوانه زنی، سبز شدن، سرعت رشد با هم متفاوت بوده است. در این مطالعه با توجه به اینکه مقاومت به علف کش، منجر به افزایش تحمل به سرمای بیوتیپ های یولاف وحشی شده است، به نظر می رسد با توجه به نحوه عمل علف کش های تاپیک و ایلوکسان که بازدارندگان سنتز اسیدهای چرب هستند، مقاومت به علف کش از طریق تغییر در ژن های مسئول سنتز اسیدهای چرب و تحمل بیشتر غشای سلولی بیوتیپ های مقاوم به سرما و یخ زدگی منجر به این پدیده شده باشد که نیاز به بررسی و مطالعات دقیق مولکولی می باشد. با این حال با توجه به عوامل مختلف دخیل در خصوص رابطه  بین مقاومت به علف کش و تحمل به سرمای یولاف وحشی مطالعات تکمیلی در شرایط آزمایشگاه و مزرعه  پیشنهاد می‌شود.

پاورقی ها

Fitness