سالیسیلیک اسید و اثر آن در تنش شوری
روشهای مختلف تیمار گیاهان زراعی با سالیسیلیک اسید در پژوهشهای تنش شوری
مقدمه
جمعیت جهان به گونه ای روز افزونی در حال افزایش است. این جمعیت که در سال ۱۹۳۰ میلادی تنها ۲ میلیارد نفر بود، در سال ۱۹۹۰ به ۵٫۳ میلیارد نفر رسید و در سال ۲۰۰۰میالدی از۶ میلیارد نفر تجاوز کرد و پیش بینی میشود که جمعیت دنیا تا سال ۲۰۲۵ به ۸ میلیارد نفر برسد .بیشتر مدل ها پیش بینی کره اند که کمبود جدی مواد غذایی به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک تشدید خواهد شد. پیشبینی شده است که جمعیت ایران بر مبنای نرخ رشد ۲ درصد، در سال ۱۴۰۰ از ۱۲۰ میلیون نفر تجاوز کند .تقاضا برای مصرف مواد غذایی در کشور های کمتر توسعه یافته از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۳۰ حدود ۲٫۷ برابر خواهد شد . بنابراین، بحران غذایی از مسایلی است که انسان امروزی با آن روبرو خواهد شد. شور و قلیا شدن خاکها مدت مدیدی است که یک مشکل جهانی محسوب می شود؛که به شدت تولید گیاهان زراعی و تامین غذا را با مشکل مواجه کرده است.
برخی برآوردها تخمین زده است که کاهش پتانسیل عملکرد گیاهان زراعی توسط خشکی به ۲۰ % ، تنش شوری به ۴۰ % ، دمای بالا به ۱۵ % و سایر عوامل به %۸ میرسد. به جرات میتوان گفت که هیچ قاره و اقلیمی عاری از خاکهای متاثر از شوری با منشا اولیه و یا ثانویه نیست. در حدود ۱۹٫۵ درصد از زمینهای فاریاب و ۲٫۱ درصد از زمینهای دیم جهان تحت تاثیر تنش شوری هستند؛ و اگر به همین صورت ادامه یابد، تا سال ۲۰۵۰ بیش از %۵۰ از زمینهای زراعی دنیا شور خواهند بود. کشور ایران با ۲۷ میلیون هکتار اراضی شور در مقام اول کشورهای آسیا قرار دارد . ایران از نظر اقلیمی در زمرهی مناطق خشک و نیمه خشک محسوب میشود. از ویژگیهای این نوع مناطق میتوان به تبخیر زیاد و بارشهای جوی اندک و پراکنده اشاره کرد؛ که در نهایت منجر به تجمع املاح مختلف در قشر سطحی خاکهای کشور گردیده است. این روند به واسطه مدیریت نادرست آبیاری تشدید و منجر به شورشدن خاک های زراعی شده است. به طور کلی مشکلات گیاهان در حال رشد در خاکهای شور به چهار مورد عمده زیر تقسیم میگردد :
- منفی تر شدن پتانسیل اسمزی محیط خاک اطراف ریشه نسبت به سلولهای ریشه گیاه. این پدیده در واقع به دلیل تجمع مقادیر بالای نمک در محلول خاک است. در این شرایط جذب آب توسط گیاه مشکل میشود و با پدیده خشکی اتفاق می افتد. اولین تاثیر منفی تنش شوری از این طریق اعمال میگردد.
- اثرات سمی مستقیم یونهایی مانند سدیم، کلر و بر غشاهای سلولی و اندامکها و همچنین سیستمهای آنزیمی گیاه. در این شرایط یونهای سدیم و کلر به طور مستقیم به ساختار داخلی گیاه آسیب وارد کرده و موجب اختلال در برخی فرآیندهای گیاه میشوند.
- اختلال در جذب و انتقال عناصر غذایی ضروری از قبیل کلسیم و پتاسییم در حضور یون سدیم فراوان در اثر شوری خاک. در این شرایط افزایش یونهایی مانند سدیم درون گیاه موجب کاهش جذب یا اختلال در انتقال یونهایی مانند پتاسیم میگردد؛ که در نتیجه آن گیاه با کمبود پتاسیم مواجه میشود.
- از دست رفتن ساختمان خاک و عدم انسجام بین ذرات خاک در اثر سدیم زیاد. به دلیل به هم خوردن ساختمان خاک و جداشدن ذرات کلوئیدی خاک از همدیگر، تخلخل خاک و هدایت هیدرولیکی آن به شدت افت پیدا میکند و برای ریشه گیاهان مشکلات تنفسی بوجود می آورد.
روشهای بهبود عملکرد گیاهان زراعی در شرایط تنش شوری
تنش شوری منجر به تغییرات بیوشیمیایی و پاسخهای فیزیولوژیکی در گیاهان میشود و روی بسیاری از فرآیندهای گیاه مانند فتوسنتز، رشد و نمو گیاهان تاثیر میگذارد. برای افزایش تولید گیاه در خاکهای شور، با توجه به شدت شوری و شرایط اقلیمی، هر کدام از روشهای زیر قابل مطرح شدن میباشند.
- اصلاح خاکهای شور. در صورتی که خاک قلیایی نبوده و تنها شور باشد؛ از طریق آبشویی میتوان شوری خاک را پایین آورده و گیاه مورد نظر و سازگار را کشت کرد. در صورتی که خاک قلیایی باشد ابتدا از طریق کاهش نمکهای خاک و سپس آبشویی خاک به اصلاح خاکهای قلیایی پرداخت. این روش به دلیل مشکل بودن و هزینه بالای آن محدودیت استفاده دارد.
- کشت گیاهان سازگار. بسته به شدت شوری میتوان برخی گیاهان شور پسند نظیر کوشیا را با هدف تولید علوفه کشت کرد. در شوریهای پایین نیز، میتوان از گیاهانی نظیر پسته یا منداب که تحمل خوبی به شوری دارند، استفاده کرد. این روش به دلیل لزوم استفاده از گیاهان خاص و با سازگاری بالا به شرایط منطقه قابلیت استفاده محدودی دارد.
- استفاده از ارقام مناسب. در برخی گیاهان مانند گندم به دلیل تنوع بالای ژنتیکی میتوان ارقامی را با تحمل بالای شوری انتخاب و در این شرایط کشت کرد، تا به حد مناسبی از رشد و عملکرد رسید. مشکل این روش نبودن ارقام کافی و متحمل برای بسیاری از گیاهان است.
- روشهای به زراعی مانند اصلاح روش کاشت، مبارزه به علفهای هرز و به کار بردن سطوح بهینه کودهای شیمیایی. این روشها نیز، بسته به شرایط، به طور محدود میتوانند موجیب افزایش رشد و عملکرد گیاهان گردند.
- استفاده از مواد تنظیم کننده رشد گیاهی : به تازگی توجه به تنظیم کننده های رشد برای دستورزی رشد گیاهان در شرایط تنشهای محیطی مانند تنش شوری افزایش یافته است. یکی از این مواد شیمیایی تنظیم کننده رشد سالیسیلیک اسید است. این ماده یک اسید آلی بیرنگ، بی مزه و بلورین است که به طور گسترده ای در سنتز مواد آلی و فرآیندهای گیاهی به عنوان یک هورمون کاربرد دارد. در پژوهشهای صورت گرفته با طیف گسترده ای از گیاهان زراعی و باغی و شرایط آب و هوایی متفاوت، سالیسیلیک اسید توانسته است رشد و عملکرد گیاهان را افزایش دهد.
سالیسیلیک اسید
سالیسیلیک اسید ، با نام آیوپاک هیدروکسی بنزویک اسید ، یکی از اسیدهای آلی است که دارای مصارف دارویی نیز میباشد. این ماده که هم اکنون به عنوان یک ماده شبه هورمون در نظر گرفته می شود، نقش مهمی در تنظیم رشد و نمو گیاهان ایفا میکند. نام سالیسیلیک اسید از واژه لاتین سالیکس که نام جنس درخت بید است، گرفته شده است و به دلیل وجود فراوان این ماده در پوست درخت بید می باشد . از قدیم نیز، در برخی مناطق این موضوع شناخته شده بود که پوست و برگ درخت بید باعث افزایش رشد گیاهان می گردد. این ماده به وسیله سلولهای ریشه تولید میشود و نقش محوری در تنظیم فرآیندهای فیزیولوژیک مختلف مثل رشد، نمو گیاه، جذب یون، فتوسنتز و جوانه زنی ایفا می کند . سالیسیلیک اسید نقش مهمی در پاسخ گیاهان به تنش شوری دارد و از گیاه در برابر بسیاری از تنشهای غیر زنده حمایت میکند. سالیسیلیک اسید تحت تاثیر تنش شوری و خشکی، در بافتهای گیاهی تجمع می یابد و در افزایش مقاومت گیاه به این تنشها شرکت میکند. پژوهشهای بسیاری نقش اساسی سالیسیلیک اسید را در تنظیم پاسخ گیاه به تنشهای گوناگون غیرزنده مانند، خشکی، شوری، سرما، حرارت و غیره تأیید مییکننید.گیاهان در پاسخ به شوری، پروتئینهایی تولید میکنند که سنتز بسیاری از این پروتئینها به وسیله سالیسیلیک اسید تحریک میشود. سالیسیلیک اسید همچنین به عنوان یک آنتی اکسیدان غیرآنزیمی موجب کاهش گونه های فعال اکسیژن میگردد.
روش های کاربرد سالیسیلیک اسید
اسید سالیسیلیک یک اسید آلی بی رنگ، بی مزه و بلورین است، که از نظر رنگ و بلورین میتوان آن را به نمک تشبیه کرد . اسید سالیسیلیک را میتوان به سه طریق پیش تیمار بذر ، محلولپاشی شاخساره ای بوته ها و محلول در محیط رشد ریشه به کار برد.
در روش اول؛ برای تیمار بذرها را پیش از کاشت در محلول رقیق اسید سالیسیلیک به مدت ۸ تا ۲۴ ساعت خیسانده میشوند.
در روش دوم؛ بوته ها در مرحله طویل شدن ساقه یا مراحل دیگر رشد به صورت شاخساره تحت محلول پاشی اسید سالیسیلیک قرار میگیرند.
در روش سوم؛ نیز اسید سالیسیلیک به صورت محلول در محیط کشت ریشه در سیستمهای هیدروپونیک استفاده میشود.
پیش تیمار
در این روش بذرها پس از ضدعفونی، در محلول های ۰٫۵ تا ۱٫۵ میلی مولار اسید سالیسیلیک به مدت ۸ تا ۲۴ ساعت خیسانده می شود. به طورکلی بهترین حالت محلول ۱ میلی مولار به مدت ۱۲ ساعت است. برای تهیه این محلول، ۱٫۳۸ گرم اسید سالیسیلیک خالص در ده لیتر آب گرم ریخته میشود و مقداری الکل اتانول به تدریج به آن افزوده می شود و بهم زده میشود تا به طور کامل حل شود. بذرها در این محلول به مدت ۱۲ ساعت خیسانده می شوند و پس از این زمان در معرض هوا در سایه گذاشته میشوند تا رطوبت روی بذرها خشک شود. در این زمان بذرها آماده کشت هستند.
نکته مهم: برای خیساندن هر مقدار بذر باید ۵ برابر وزن آن محلول آماده شود . یعنیی محلول ده لیتری آماده شده برای مقدار ۲ کیلوگرم بذر مناسب است.
بذرهای تیمار شده با اسید سالیسیلیک بیشتر و سریعتر جوانه زده و استقرار بهتری دارند. این گیاهچه ها رشد بهتری داشته و در نهایت عملکرد بهتری خواهند داشت . این موضوع به این دلیل است که حساسترین مرحله گیاهان به شوری خاک مرحله جوانه زنی و استقرار است؛ در نتیجه بذرهایی که با اسید سالیسیلیک تیمار شده اند، این مرحله را بهتر گذرانده و با بنیه بیشتر وارد مراحل بعدی شده و بهتر میتوانند تنش شوری را تحمل کنند.
محلول پاشی
یک راه دیگر کاربرد اسید سالیسیلیک این است که محلول اسید سالیسیلیک ، به صورت شاخساره ای مانند علفکشها بر روی شاخ و برگ گیاه اسپری شود. برای تهیه محلول ۲ میلی مولار برای محلول پاشیی، ۲٫۷۶ گرم اسید سالیسیلیک خالص در ده لیتر آب گرم ریخته میشود و مقداری الکل اتانول به تدریج به آن افزوده می شود و بهم زده می شود تا به طور کامل حل شود و با سمپاش ( دستی، پشتی یا موتوری ) بر روی گیاه پاشیده شود. اگرچه احتمالا امکان استفاده همزمان اسید سالیسیلیک با مواد شیمیایی دیگر مانند علفکشها، که به این صورت استفاده می شوند، وجود دارد؛ ولی بهتر است محلول آماده شده اسید سالیسیلیک به تنهایی مورد استفاده قرار گیرد.
نکات مهم:
- برای هر هکتار محلولی در حدود ۴۰۰ – ۶۰۰ لیتر باید مورد استفاده قرار گیرد .
- عمل محلول پاشی به اندازه ای بایستی صورت گیرد که قطرات محلول اسید سالیسیلیک بر روی شاخ و برگ گیاه قابل مشاهده باشد.
- به دلیل رسوب و احتمال کریستاله شدن اسید سالیسیلیک در محلول تهیه شده بهتر است محلول، به ویژه در غلظت های بالا ( بالاتر از ۲ میلی مولار ) اندکی پیش از مصرف تهیه شود.
- برای حل شدن بهتر اسید سالیسیلیک در آب علاوه بر اضافه کردن مقداری اتانول، پیشنهاد می شود که از هیتر در دماهای ۳۰۰ درجه به بالا همراه با مگنت همزن استفاده شود.
- در حین استفاده باید دقت شود که محلول به طور مداوم به هم زده شود تا اسید سالیسیلیک در ته مخزن محلول پاش رسوب نکند.
- اگرچه تا کنون اثر منفی محلول پاشی اسید سالیسیلیک بر خاک گزارش نشده است، اما بهتر است که دقت شود تا محلول به مقدار زیاد بر روی خاک پاشش نشود.
- محلول پاشی بهتر است در اوایل صبح یا اواخر روز، که تابش خورشید ضعیف است، صورت گیرد. این کار برای جلوگیری از تبخیر و کاهش هدر رفت محلول است.
- محلول پاشی بایستی در شرایط هوای ساکن و بدون باد صورت گیرد.
- اگرچه تا کنون برهمکنش منفی بین اسید سالیسیلیک و سایر نهاده های شیمیایی محلول پاشی شده مانند علفکش گزارش نشده است، ولی بهتر است این دو ماده شیمیایی با فاصله زمانی مناسب مورد استفاده قرار گیرند.
- گزارشات مستندی در مورد اثرات منفی اسید سالیسیلیک در غلظت های بالا وجود دارد بنابراین، در تهیه محلول دقت شود تا غلظت مورد استفاده از دامنه مناسب فراتر نرود. این ماده در غلظتهای بسیار بالا خاصیت علفکشی دارد. در واقع سالیسیلیک اسید از خانواده بنزویک اسیدهاست که خود که یک خانواده شیمیایی مهم در علف کش ها میباشند. این خانواده علفکش سبب اختلال در رشد میشوند که در نهایت منجر به پیچ خوردگی، ضخیم و طویل شدن برگها و ساقه ها میشود و در اصطلاح آنها را بدشکل میکنند و باعث از بین رفتن گیاهان میشوند. از علفکشهای معروف این خانواده میتوان به دایکامبا ، پیکلورام و بناوال اشاره کرد.
گزارش های مستند در مورد اثربخشی اسید سالیسیلیک گیاهان زراعی
گزارشهای فراوانی در مورد اثر اسید سالیسیلیک بر رشد و عملکرد گیاهان زراعی و باغی وجود داد که در شرایط تنش شوری توانایی تولید گیاه را افزایش داده است. این نتایج در شوریهای متفاوت و با غلظتهای متفاوتی گزارش شده است. در جدولهای ۱ و ۲ به برخی از آنها اشاره شده است.
جنبه اقتصادی کاربرد سالیسیلیک اسید
با توجه به قیمت پایین و مصرف بسیار راحت سالیسیلیک اسید، کاربرد آن از نظر اقتصادی توجیه پذیر به نظر میرسد. استفاده از سالیسیلیک اسید نیاز به ماده شیمیایی مکمل ( مانند مویان برای علفکشها ) ندارد.
در یک پژوهش در کنار بررسی اثرات کاربرد سالیسیلیک اسید به صورت پیش تیمار، جنبه های اقتصادی آن نیز بررسی شد. این پژوهشگران با بررسی همه هزینه های آماده سازی زمین، کاشت، داشت، برداشت و عملیاتهای پس از برداشت و در کنار آن هزینه تهیه و کاربرد محلول سالیسیلیک اسید نتیجه گرفتند که در شرایط
شور، نسبت سود به هزینه در تیمار شاهد در دو رقم گندم SARC-1 و MH-97 به ترتیب معادل ۱٫۶۰ و ۱٫۵۱ بود که در شرایط پیش تیمار با سالیسیلیک اسید این نسبت برای این دو رقم گندم به ترتیب ۲٫۰۳ و ۱٫۷۴ بود؛ بنابراین تیمار با استفاده از سالیسیلیک اسید موجب افزایش ۲۶٫۹ و ۱۵٫۳ درصدی نسبت سود به هزینه در این دو رقم گندم گردید. با توجه به دستورالعمل داده شده در مورد پیش تیمار بذر، برای مثال برای یک هکتار گندم که ۱۵۰ کیلیوگرم بذر در یک هکتار استفاده میشود مقدار ۷۵۰ لیتر از محلیول ۱ میلی مولار برای تیمار آن نیاز است؛ که معادل ۱۰۳٫۵ گرم سالیسیلیک اسید خالص میباشد. در مورد محلولپاشی سالیسیلیک اسید نیز، برای یک هکتار مقدار ۴۰۰ لیتر از محلول ۲ میلی مولار نیاز است؛ که معادل ۱۱۰٫۴ گرم سالیسیلیک اسید خالص میباشد. در حال حاضر یک کیلوگرم سالیسیلیک اسید خالص درجه یک با برند مر ک آلمان ۲۸۵ هزار تومان می باشد؛ که برای روش پیش تیمار حدود ۳۰ هزار تومان و برای روش محلول پاشی حدود ۳۲ هزار تومان می باشد. بنابراین، با توجه به هزینه پایین تهیه سالیسیلیک اسید و راحت بودن مصرف آن، حتی افزایش ۵ درصدی محصول نیز میتواند سود مناسبی را نصیب تولید کننده ها کند.
منابع
- امام، ی.، پیرسته انوشه، ه. .۱۳۹۳ تاثیر پرایمینگ سالیسیلیک اسید بر جذب آب، جوانه زنی و رشد تحت تاثیر تنش شوری. سیزدهمین کنگره علوم زراعت و اصلاح نباتات ایران. ۴ تا ۶ شهریور ماه، تهران.
- پاکار، ن.، پیرسته انوشه، ه و امام، ی. .۱۳۹۴ اثر غلظتهای متفاوت سالسیلیک اسید بر ویژگیهای کمی و کیفی جو در شرایط تنش شوری. تولید و فرآوری محصوالت زراعی و باغی .
- پیرسته انوشه، ه. و امام، ی. ۱۳۹۱ الف. دست ورزی صفات مورفو-فیزیولوژیک گندم نان و ماکارونی با استفاده از تنظیم کننده های رشد در شرایط متفاوت آبیاری. تولید و فرآوری محصوالت زراعی و باغی .
- پیرسته انوشه، ه. و امام، ی. ۱۳۹۱ ب. واکنش عملکرد و اجزای عملکرد دانه گندم نان و ماکارونی به تنظیم کننده های رشد در شرایط تنش خشکی. تنش های محیطی در علوم زراعی.
