تولید بذر ذرت
1: مقدمه و تاریخچه.
بذر محصول نهائی برنامه های اصلاح گیاهان می باشد و می توان گفت که موفقیت یک برنامه، زمانی مشخص می گردد که این محصول نهائی به دست زارعین رسیده و توسط آن ها مورد استفاده قرار گیرد. اهمیت و نیاز به بذر بر کسی پوشیده نبوده و به عنوان پایه و اساس و مهم ترین نهاده تولید محصولات کشاورزی می باشد.
اهمیت بذر در گیاه ذرت با توجه به وضعیت خاص دگرگشنی آن دو چندان می شود. تنوع تیپ بذر های مورد استفاده باعث می گردد تا سیستم های تولید بذر در این گیاهان پیچیده تر و حساس تر گردد. بذر های مورد استفاده می تواند مربوط به واریته های آزاد گرده افشان اصلاح شده و یا یکی از انواع هیبرید ها باشد که هر یک نکات خاص خود را دارا می باشند. خوشبختانه در کشور ایران اساس زراعت ذرت بر مبنای استفاده از ارقام هیبرید ذرت بنا نهاده شده است و به موازات آن با تقویت امکانات بالقوه داخل کشور، زمینه تولید بذر نیز در داخل فراهم گردیده است به طوریکه از سال 1361 در زمینه تولید بذر والدین هیبرید های تجارتی مورد کشت در کشور و از سال 1363 در زمینه تولید بذر هیبرید ذرت مورد نیاز کشور خود کفائی حاصل گردیده است.
از آنجایی که ذرت در تغذیه دام و طیور اهمیت قابل توجهی دارد، از محصولات مورد توجه وزارت جهاد کشاورزی می باشد. با اجرای برنامه های افزایش تولید ذرت دانه ای در چند سال اخیر، این محصول روند بسیار سریعی را از نظر سطح زیر کشت، تولید و عملکرد در واحد سطح طی نموده است. به طوریکه سطح زیر کشت آن از 60 هزار هکتار با عملکرد 1/4 تن در هکتار در سال 1371 به حدود 218 هزار هکتار با عملکرد 635/6 تن در هکتار در سال 1381 رسیده است. اگر برنامه های افزایش تولید ذرت دانه ای کشور را در نظر بگیریم که بر اساس آن بایستی سطح زیر کشت ذرت دانه ای تا پایان سال 1390 به 415 هزار هکتار با عملکرد 5/8 تن در هکتار افزایش یابد، اهمیت تهیه و تأمین بذر ذرت هیبرید بیش از پیش مشخص می گردد و بدیهی است که به موازات افزایش سطح کشت، مقدار بذر مورد نیاز نیز افزایش می یابد .
استفاده گسترده از هیبرید های ذرت همراه با بهبود عملیات زراعی توسط کشاورزان، عملکرد ذرت را در امریکا در طی 50 سال از دهه 1930 به بیش از سه برابر افزایش داده است که در مورد هیچ محصولی در دنیا چنین افزایشی اتفاق نیفتاده است که در این بین، سهم اصلاح نبات ذرت 60 % برآورد گردیده است. اولین بار شول در سال 1908 پیشنهاد تولید لاین های اینبرد را از طریق خودگشنی به مدت 7-6 نسل و سپس تلاقی این اینبرد لاین ها را به منظور تعیین بهترین ترکیب یا هیبرید ارائه داد.
همانند هر تئوری یا نظریه دیگری، پذیرش ذرت هیبرید نیز بسیار کند بود. دلیل اولیه آن این بود که از نظر اقتصادی، تولید بذر ذرت هیبرید به خاطر قدرت بسیار پایین بوته ها و عملکرد کم بذر حاصل از والدین اینبرد لاین، غیر اقتصادی و غیر عملی بوده است. در سال 1922، آقای جونز پیشنهاد استفاده از هیبرید های دابل کراس را جهت تولید سینگل کراس و سپس تلاقی بین دو سینگل کراس جهت تولید بذر هیبرید دابل کراس داد که این بذر به کشاورزان فروخته می شود. یک دهه دیگر سپری شد تا بهنژاد گران بتوانند هیبرید های دابل کراس برتر را تولید نمایند. از آن زمان استفاده از هیبرید ها به سرعت توسعه یافت به طوری که تا اوایل دهد 1940 ، اغلب ذرت های کشت شده در آمریکا، هیبرید بودند. بین اوایل دهه 1930 تا اوایل دهه 1950، تولید بذر ذرت هیبرید در مزارع ایزوله با فاصله حدود 220 یارد انجام می گرفته است که در آن 2 ردیف والد پدری و 6 ردیف والد مادری به تناوب کشت شده (نسبت 2 : 6) و قبل از ظهور کاکل ها، گل های نر خطوط پدری حذف می شده است. در طی دهه 1940، بسیاری از شرکت های خصوصی شروع به کار تحقیقاتی ذرت کردند و این مسئله تا 1950 ادامه داشت. در اوایل دهه 1950، دو مسئله عمده اتفاق می افتد که شامل افزایش میزان کود مصرفی (به ویژه نیتروژن ) و دیگری افزایش تراکم بوته در واحد سطح می باشند. در حوالی سال 1960، بعد از این که ارقام و لاین های با واکنش بهتر به شرایط حاصلخیزی بالاتر خاک و تراکم بوته بیشتر تولید گردیدند و در واقع عملکرد اینبرد لاین ها اصلاح گردیدند ، انتقال به سوی استفاده از هیبرید های سنگل کراس که عموما برتر از دابل کراس ها از نظر عملکرد و سایر صفات می باشند، انجام یافت. بذر هیبرید های سنگل کراس معمولا گران تر می باشند زیرا والد های اینبرد آن ها کم محصول تر بوده و به تنش های محیطی نیز در مقایسه با والدهای سینگل کراس مورد استفاده در تولید بذر دابل کراس ها، حساس تر می باشند . امروزه دیگر تقریبا ً تمامی بذر ذرت هیبرید مورد استفاده درکشورهای پیشرفته سینگل کراس و مقداری نیز دابل کراس و ... است.
2: مشخصات بذر ذرت.
دانه ذرت به طور کلی شبیه سایر اعضا خانواده کراس ها است و شامل میوه ای تک بذری است که کاریوپسیس نام دارد و این بذر شامل جنین و اندوسپرم می باشد که توسط یک پریکارپ محصور گردیده است. پریکارپ لایه بیرونی محافظتی می باشد که از بافت های مادری منشاء می گیرد. اندوسپرم حدود 85 %، جنین حدود 10% و پریکارپ و پوسته حود 5 % وزن خشک بذر را تشکیل می دهند . اندوسپم محل ذخیره انرژی مورد نیاز برای رشد و نمو گیاهچه است که متشکل از 88 % نشاسته و حدود 8 % پروتئین می باشد .
بذر ذرت دارای دو تیپ کلی اندوسپرم می باشد. اندوسپرم سخت و اندوسپرم نرم ( آردی ). توزیع اندوسپرم نرم و سخت در بذر بستگی به رقم و شرایط اقلیمی دارد. ارقام دندان اسبی معمولا ً اندوسپرم سخت را در جوانب بذر و اندوسپرم نرم را در بخش مرکزی دارند و چروکیده شدن این اندوسپرم در اثر خشک شدن، باعث دندانه ای شدن نوک دانه می گردد . بر عکس، در ارقام ذرت سخت، اندوسپرم دانه از نوع سخت است و حالت چروکیده شدن و دندانه ای شدن نوک دانه ندارد. خارجی ترین لایه اندوسپرم را آلئورن گویند. لایه آلئورن تولید کننده آنزیم هایی است که نشاسته را به قند تبدیل می نماید و دانه در حال جوانه زنی و گیاهچه جوان از این قند به عنوان منبع انرژی استفاده می کند.
جنین متشکل از یک محور جنین و لپه می باشد. محور جنین شامل پریموردیا ریشه و ساقه است. لپه به گیاهچه در هضم و جذب نشاسته از اندوسپرم کمک می کند. پریموردیای ساقه دارای 5 برگ جنینی، ساقچه و نطقه رشد (مریستم انتهایی) و غلاف های حفاظتی برای رشد ساقه به نام کلئوپتیل است. برگ های جنینی و ساقچه، روی هم جوانه یا Plumul نام دارند. انتهای ریشه ای محور جنین محتوی ریشه چه (اولین ریشه) ، چند ریشه جانبی و یک غلاف محافظ بهنام کلئورایزا است.
جنین محتوی 8 % نشاسته، 18 % پروتئین و حدود 33 % روغن است . اکثر روغن، قند و خاکستر (از قبیل مواد معدنی و ویتامین ها) دانه در جنین قرار دارد .
با جذب آب توسط بذر تغییرات اساسی شیمیایی به وقوع پیوسته و آنزیم های هیدرولیتیک در اثر هورمون ژیبرلین در لایه آلئورن تحریک شده و این آنزیم های آزاد شده نشاسته و پروتئین های ذخیره ای اندوسپرم را تجزیه می کنند. به طوری که نشاسته به قند تبدیل شده و انرژی لازم برای رشد گیاهچه جوان را تامین می کند. ابتدا ریشه چه شروع به رشد می کند و از پوسته بذر ظاهر می شود. سپس جوانه طویل گردیده و کلئوپتیل با شکافتن پوسته بذر ظاهر می شود و جوانه زنی را تکمیل می نماید. طویل شدن اولین میانگره کلئوپتیل را به طرف سطح خاک می راند . بذر در خاک باقی مانده و بدین ترتیب جوانه زنی بذر ذرت هیپوژیل است .
کلئوپتیل در عرض 10-6 روز در سطح خاک ظاهر شده و رشد آن به زودی متوقف می شود. نور خورشید در سطح خاک باعث تحریک جوانه جهت رشد و شکافتن کلئوپتیل می گردد و کلئوپتیل اولین عضو سبز رنگی است که در موقع جوانه زنی ذرت در سطح خاک ظاهر می گردد. کلئوپتیل نبایستی با اولین برگ واقعی که نوک آن گرد است اشتباه گردد . گیاهچه جوان رشد کرده و چندین ریشه جانبی تولید می کند که همراه با ریشه چه ، شامل ریشه های اولیه هستند. اگرچه ریشه های اولیه بخش کوچکی از توده کل ریشه را تشکیل می دهند، ولی نقش بسیار مهمی را به عنوان لنگرگاه و تکیه گاه گیاهچه بازی می کند و فراهم کننده آب و مواد غذایی رشد اولیه می باشد.
سیستم ریشه اصلی گیاه، از ریشه تاجی بوجود می آید که درست زیر سطح خاک قرار دارد. رشد ریشه تاجی بلافاصله بعد از سبز شدن و ظهور گیاهچه آغاز می گردد . ظهور یقه اولین برگ نشان دهنده خاتمه رشد گیاهچه است. از این مرحله به بعد اهمیت اندوسپرم به عنوان منبع غذایی گیاه جوان کاهش یافته و گیاه دیگر می تواند خودش فتوسنتز نماید.
3: مراحل پر شدن دانه ذرت.
پر شدن دانه با گرده افشانی و آغاز رشد دانه آغاز می گردد و با رسیدن به مرحله رسیدن فیزیولوژیکی خاتمه می یابد. در طی دوره ی پر شدن دانه، دانه مخزن اصلی مواد فتوسنتزی جاری تولیدی توسط بوته ذرت می باشد و در واقع، بوته ذرت تمام فعالیت خود را صرف پمپاژ ماده خشک به داخل می نماید . دوره پر شدن دانه عاری از تنش می تواند پتانسیل عملکرد را به حداکثر برساند در حالیکه تنش شدید در طی این دوره می تواند باعث سقط دانه و سبک شدن آن گردد. مراحل پر شدن دانه را می توان به شرح زیر تقسیم کرد:
* مرحله دانه های تاول مانند: حدود 14- 10 روز بعد از ظهور کاکل ها، دانه های در حال رشد به شکل تاول های نسبتا ً سفید روی چوب بلال در آمده و حاوی مقدار زیادی مایع صاف می باشد. کاکل بلال اغلب قهوه ای بوده و به سرعت خشک می شود. نشاسته شروع به انباشته شدن در اندوسپرم نموده و ریشه چه و کلئوپتیل و اولین برگ های جنینی در این مرحله تشکیل می شوند. تنش شدید در این مرحله به سادگی باعث سقط تخمک های تلقیح شده خواهد شد. رطوبت دانه در این مرحله حدود 85 % می باشد.
* مرحله شیری شدن دانه: حدود 22- 18 روز بعد از ظهور کاکل، دانه ها اکثرا ً مایل به زرد و محتوی مایع سفید شیری می باشند. انباشته شدن نشاسته در اندوسپرم در این مرحله نیز ادامه می یابد. تقسیم سلولی اندوسپرم تقریبا ً در حال تکمیل بوده و ادامه رشد اکثرا ً دراثر بزرگ شدن سلول ها و تجمع نشاسته است. تنش شدید در این مرحله هنوز هم می تواند تواند باعث سقط دانه ها گردد، هر چند به سادگی مرحله تاول مانند نمی باشد . رطوبت دانه در این مرحله حدود 80 % می باشد.
* مرحله خمیری شدن دانه: حدود 28- 24 روز بعد از ظهور کاکل ها، با ادامه تجمع نشاسته در اندوسپرم، مایع شیری رنگ داخل دانه ها به حالت خمیری تغییر می یابد. در این مرحله رنگ چوب بلال نیز مشخص می گردد. تا مرحله ی خمیری حدود 4 برگ جنینی شکل گرفته و حدود 50 % وزن خشک دانه ی رسیده، تشکیل شده است. احتمال سقط دانه ها در این مرحله کم است اما تنش شدید می تواند عملکرد نهایی را با کم کردن وزن دانه کاهش دهد. رطوبت دانه در این مرحله حدود 70 % است.
* مرحله ی دندانه ای شدن: حدود 42- 35 روز بعد از ظهور کاکل ها، تمام یا نزدیک به تمام دانه ها در قسمت تاج دندانه ای می شوند. در این مرحله پنجمین یا آخرین برگ جنینی و ریشه های اولیه تشکیل شده اند. یک خط افقی به نام خط شیری در نزدیک انتهای دندانه ای دانه ها ظاهر شده و به آرامی به طرف انتهای پایینی دانه در طی سه هفته ی بعد پیشروی می کند. تنش شدید در این مرحله هنوز تجمع ماده خشک را در دانه محدود خواهد کرد. رطوبت دانه در این مرحله حدود 55 % است.
* مرحله ی رسیدن فیزیولوژیک: حدود 65- 55 روز بعد از ظهور کاکل ها، وزن خشک دانه ها معمولا به حداکثر رسیده و دانه ها از نظر فیزیولوژیکی رسیده اند. رسیدن فیزیولوژیک به مدت کوتاهی بعد از ناپدید شدن خط شیری و درست قبل از تشکیل لایه سیاه در ته دانه ها اتفاق می افتد. تنش شدید بعد از این مرحله اثر اندکی بر روی عملکرد دانه دارد. رطوبت دانه در این مرحله از 25 % تا 40 % متغیر بوده و به طور میانگین 30 % می باشد.
4: تولید بذر در ارقام آزاد گرده افشان.
۴-۱: تولید بذر پایه (Foundation seed production).
اولین مرحله افزایش بذر بهنژاد گر، تولید بذر پایه را می نماید. بذر بهنژاد گر باید در قطعه ایزوله ای کشت گردد تا از سایر منابع آلوده کننده ی دانه گرده اجتناب گردد. یک فاصله ی 300 متری از سایر مزارع ذرت که همزمان گل می دهند برای ایزوله مطمئن کفایت می کند . بدین ترتیب بذر پایه از طریق گرده افشانی آزاد در قطعه ای که بذر بهنژاد گر کشت شده است به دست می آید. تمام بوته های خارج از تیپ که دردامنه ی قابل قبول دیسکریپتور (توصیف ویژگی ها رقم) رقم مورد نظر قرار نگیرد قبل از تولید دانه گرده حذف می شوند. در زمان برداشت نیز بلال ها یا دانه های متفاوت حذف می گردند که این امر قبل از دان کردن نیز مجددا ً تکرار می شود. دامنه ی مورد قبول تولید بذر پایه وسیع تر از بذر بهنژاد گر است و در محدوده ی ( انحراف معیار ) 55/1-/+ برای صفات کمی و 5-/+ درصد برای صفات کیفی می باشد. این بذر پایه باید برای تولید بذر گواهی شده که در بین زارعین توزیع می شود استفاده شود. در حالت خاصی ممکن است مقدار بذر پایه کم تر از میزان مورد نیاز برای تولید بذر گواهی شده باشد. در این حالت یک نسل دیگر از بذر پایه تولید و به عنوان نسل دوم بذر پایه یا بذر ثبت شده (Registered seed) تکثیر گردد. بذر پایه نسل دوم با همان روش و شرایط نسل اول بذر پایه تولید می گردد. به طور کلی در بازرسی مزرعه تولید بذر پایه، خلوص رقم اصلی نباید کم تر از 5/99 % باشد.
۴-۲: تولید بذر گواهی شده (Certified seed production).
بذر گواهی شده از بذر پایه تولید می گردد و آخرین مرحله سیکل تولید بذر می باشد. بذر گواهی شده از طریق گرده افشانی آزاد بین بوته های کشت شده از بذر پایه در قطعات ایزوله با فاصله حدود 200 متر از مزارع دیگر با گل دهی همزمان تولیدمی گردد. سیستم تولید همانند بذر پایه است و تفاوت اصلی آن مربوط به استاندارد های بوته های خارج از تیپ و دامنه ی وسیع تر قابل پذیرش است. دامنه های تغییرات قابل قبول بذر گواهی شده s ۱/۹۶ -/+ برای صفات کمی و 8 -/+ درصد برای صفات کیفی می باشد . حذف بلال ها بر مبنای صفات بلال و دانه صورت می گیرد. به طور کلی خلوص حداقل 99 % رقم در زمان بازرسی مزرعه گواهی شده قابل قبول می باشد .
5: آزمون های تعیین کیفیت بذر.
برای آزمون کیفی ممکن است با استفاده از نمونه های تهیه شده، تعدادی آزمون برای ارزیابی کیفیت فیزیکی، خلوص ژنتیکی، زنده بودن بذر و قدرت رویش انجام گیرد.
۵-۱: تجزیه خلوص ژنتیکی.
روش کلاسیک شامل آزمون های کشت می باشد. این آزمون ها شامل کشت یک نمونه از بذر در گلخانه، خزانه زمستانی و یا حتی تابستانه برای ارزیابی رشد و نمو بوته در مقایسه با دیسکریپتور رقم می باشد. عیب این آزمون، زمان انجام آن می باشد. زیرا مواد ژنتیکی ممکن است در محیطی ارزیابی شوند که سازگاری به آن ندارند و منجر به مشکلات بیشتری در تشخیص بوته های خارج از تیپ گردد. امروزه تکنیک های آزمایشگاهی مثل الکتروفورز ژل نشاسته در دسترس می باشند که می توان با استفاده از آن ها اقدام به تعیین خلوص نمود . مزیت این تکنیک ها سرعت و دقت بالای آن و عیب آن هزینه بالا و پیچیدگی اجرای آزمون می باشد .
۵-۲: آزمون سلامت بذر.
به منظور کاهش احتمال گسترش پاتوژن های مضر از طریق بذر به سایر مناطق یا کشور ها، یکسری از آزمون های سلامت بذر بوجود آمده اند که به طور معمول 4 نوع می باشند:
* آزمایش فیزیکی قسمت های داخلی و خارجی بذر با استفاده از میکروسکوپ برای شناسایی وجود یا عدم وجود پاتوژن ها.
* پلیت کردن بذر روی آگار و سپس شناسایی ارگانیسم.
* جوانه زنی و رشد گیاهچه در شرایط شناخته شده مساعد برای توسعه علائم قابل تشخیص پاتوژن.
* شستن نمونه بذر ها با آب دوبار تقطیر شده و به دنبال آن، سانتریفوژکردن و مشاهده در زیر میکروسکوپ.
۵-۳: آزمون تعیین قدرت نامیه (Seed vigor tests).
آزمون جوانه زنی استاندارد (قوه نامیه)، حداکثر پتانسیل یک گروه به خصوص بذر را تحت شرایط ایده آل تعیین می کند. از آن جاییکه قوه نامیه تحت شرایط ایده آل تعیین می گردد، الزاما ً نمی تواند منعکس کننده پتانسیل سبز شدن یک بذر در شرایط مزرعه ای باشد و این در حالیست که تفاوت معنی داری بین آزمون جوانه زنی استاندارد و سبز شدن در شرایط واقعی مزرعه وجود دارد. قوه نامیه نسبتا ً بالا الزاما به مفهوم سبز یکنواخت یا استقرار قوی تحت شرایط کشت مزرعه ای نمی باشد. قدرت نامیه بذر به عنوان یک ویژه گی، پتانسیل سرعت و سبز یکنواخت و همچنین توسعه گیاهچه های نرمال را در دامنه وسیعی از شرایط مزرعه تعیین می نماید.
۵-۴: آزمون پیری تسریع شده (Accelerated aging test).
این آزمون در وهله اول برای تعیین قابلیت انبار مانی در محیط گرم و مرطوب پیشنهاد گردیده است. تغییرات حرارتی در این آزمون نبایستی بیش از 3/0 -/+ درجه سانتی گراد باشد زیرا تغییات جزئی درجه حرارت ( 5/0 درجه سانتی گراد ) تاثیر بسزایی روی نتیجه حاصل خواهد داشت. در این روش به طور خلاصه می توان گفت که تعداد 100 دانه بذر در سینی مشبک در داخل جعبه پلاستیکی محتوی 40 میلی لیتر از آب دوبار تقطیر شده قرار داده می شوند. بذر ها با بستن جعبه ها و قرار دادن آن ها در 42 درجه سانتی گراد به مدت 96 ساعت و 100 % رطوبت نسبی روند پیری را طی می نمایند . سپس بذر ها را برداشته و در شرایط استاندارد جوانه زنی ارزیابی می شود. حالت تغییر یافته این روش، افزایش درجه حرارت به 45 درجه سانتی گراد به مدت 60 ساعت و سپس آزمون جوانه زنی استاندارد می باشد.
منابع:
1- چوکان ، رجب ، تولید بذر ذرت ، کرج ، سازمان تحقیقات و آموزش کشاورزی ، 1383
۲- خدابنده ، ناصر ، غلات ، تهران ، موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران ، چاپ هفتم ، پاییز 1382
۳- کریمی ، هادی ، زراعت و اصلاح گیاهان علوفه ای ، تهران ، انتشارات دانشگاه تهران ، چاپ پنجم ، سال 1375
www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com