خواب بذر و انواع آن چیست؟ + روش های شکشتن خواب بذر

مقدمه

توقف فعالیت‌های فیزیولوژی و زیستی بذر، بدون بر هم خوردن سازمان حیاتی آن را خواب بذر می‌گویند. خواب بذر یک سازگاری تکاملی است که از جوانه زدن بذر در شرایط نامساعد اکولوژیکی جلوگیری می‌کند که به‌طورمعمول منجر به بقای گیاهچه می‌شود.

بذرهای خفته در یک دوره زمانی مشخص تحت ترکیبی از عوامل محیطی (که به‌طور عادی منجر به جوانه‌زنی بذور غیر خفته می‌شوند) جوانه نمی‌زنند. جوانه‌زنی با تأخیر، عملکرد مهم خواب بذر است که از جوانه زدن هم‌زمان همه‌ی بذرها جلوگیری می‌کند. خواب بذر با جلوگیری از جوانه زدن بعضی از بذرها، به‌طور حیرت‌انگیزی بذرها و نهال‌ها را از آسیب ناشی از دوره‌های کوتاه آب‌وهوای بد یا گیاهخواران گذرا محافظت می‌کند. همچنین در مواقعی که رقابت گیاهان برای نور و آب شدیدتر است، فقط به بعضی از دانه‌ها اجازه جوانه‌زنی می‌دهد.

شکل دیگر جوانه‌زنی تأخیری بذر، خاموش شدن بذر است که با خواب واقعی بذر متفاوت است و هنگامی رخ می‌دهد که یک بذر نتواند جوانه بزند زیرا شرایط محیطی خارجی برای جوانه‌زنی خیلی خشک، گرم و یا سرد است. بسیاری از گونه‌های گیاهان دارای بذرهایی هستند که جوانه‌زنی را برای ماه‌ها یا سال‌ها به تأخیر می‌اندازند. برخی از بذرها می‌توانند قبل از جوانه‌زنی، بیش از ۵۰ سال به‌صورت خفته در بانک بذر خاک بمانند. برخی از بذرها دارای دوام بسیار طولانی هستند، قدیمی‌ترین بذر جوانه‌زده از یک مطالعه از بافت‌های دفن شده در permafrost سیبری گزارش‌شده است. تخمین زده‌شده بذرهای گیاه silene stenophylla 31800 سال قدمت دارند و محققان با موفقیت گیاه را احیا کردند.

بررسی اجمالی خواب واقعی یا خواب ذاتی

خواب واقعی یا خواب ذاتی در اثر شرایط موجود در بذر ایجاد می‌شود که از جوانه‌زنی بذر در شرایط عادی و ایده آل جلوگیری می‌کند. خواب بذر بر اساس اینکه چه بخشی از بذر باعث ایجاد خواب می‌شود به دو دسته اصلی برونی و درونی تقسیم می‌شود.

بر اساس نحوه عملکرد آن‌ها سه نوع خواب وجود دارد:

• فیزیکی
• فیزیولوژیکی
• مورفولوژیکی

خواب ‌آلودگی به دلیل طیف گسترده‌ای از دلایل که باهم همپوشانی دارند اتفاق میافتد و شرایطی را ایجاد می‌کند که نمی‌توان خواب بذر را به‌طور قطعی و مشخص طبقه‌بندی کرد. مشکل اینجاست که بذری که بنا به دلایلی در یک مکان معین خفته نیست ممکن است به دلایلی دیگر در مرحله بعد خفته باشد. برخی از بذرها از دوره‌های خواب تا عدم خواب در نوسان هستند.

خواب بیرونی یا اگزوژنی

خواب اگزوژنی به دلیل شرایط خارج از جنین ایجاد می‌شود و اغلب به سه گروه زیر تقسیم می‌شود.

۱. خواب فیزیکی

خواب ناشی از غیرقابل نفوذ بودن پوسته‌ی بذر که در طول بلوغ و خشک شدن بذر یا میوه ایجاد می‌شود به‌عنوان خواب فیزیکی شناخته می‌شود. این لایه غیرقابل نفوذ مانع از جذب آب یا گازها (مانند اکسیژن) توسط بذر می‌شود؛ بنابراین تا زمانی که این خواب شکسته نشود، از جوانه‌زنی بذر جلوگیری می‌شود.

در طبیعت خواب فیزیکی بذر توسط عوامل مختلفی ازجمله درجه حرارت بالا، نوسان دما، آتش‌سوزی، انجماد/ذوب، خشک شدن یا عبور از دستگاه‌های هضم حیوانات شکسته می‌شود. پس از شکسته شدن خواب فیزیکی، اگر بذر مجدداً تحت شرایط نامساعد قرار گیرد قادر به ورود به خواب ثانویه نیست؛ بنابراین زمان مکانیسم‌هایی که باعث شکسته شدن خواب فیزیکی می‌شوند بسیار مهم است و باید با عوامل محیطی تنظیم شود. این امر احتمال بروز جوانه‌زنی در شرایطی که گیاه با موفقیت استقرار یابد و تولیدمثل کند را افزایش می‌دهد.

خواب فیزیکی در بذر گیاهان در ۱۶ خانواده‌ی نهاندانگان شناسایی‌شده است ازجمله:

Anacardiaceae, Asteraceae, Bixaceae, Cannaceae, Cochlospermaceae, Cistaceae,Convolvulaceae, Cucurbitaceae, Dipterocarpaceae, Geraniaceae, Legumeinosae, Malvaceae, Nelumbonaceae, Rhamnaceae, Sarcolaenaceae, Sapindaceae

خواب فیزیکی در بازدانگان مشاهده نشده است. به‌طورکلی خواب فیزیکی توسط یک یا چندلایه چوبی که بذر یا میوه را احاطه کرده است ایجاد می‌شود. این لایه‌های چوبی با سلول‌های مالپیگی محکم بسته‌شده و با مواد دافع آب پوشیده شده‌اند که از جذب آب جلوگیری می‌کنند. این لایه‌ها در بلوغ بذر تشکیل‌شده و در پاسخ به سیگنال‌های محیطی مناسب باز می‌شوند.

در خانواده‌های آناکاردیاسه و نلومبوناسه پوشش بذر به‌خوبی توسعه‌نیافته است، بنابراین لایه‌های چوبی موجود در میوه نقش اصلی را در جلوگیری از جذب آب‌دارند. درحالی‌که خواب فیزیکی یک ویژگی مشترک در این خانواده‌ها است، چندین گونه از این خانواده دارای خواب فیزیکی نیستند و بذرهای فاقد خواب تولید می‌کنند.

شکستن خواب فیزیکی شامل اختلال در این ساختارهای تخصصی بذر است. در طبیعت پوشش بذر که باعث خواب فیزیکی می‌شود باگذشت زمان و از طریق گرم و سرد شدن مکرر در طی ماه‌ها و سال‌های زیادی در بانک بذر خاک، نسبت به آب نفوذپذیر می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، درجه حرارت بالا و نوسان در طول فصل خشک در شمال استرالیا باعث شکستن خواب در بذرهای غیرقابل نفوذ Stylosanthes humilis و S.hamata می‌شود.

۲. خواب مکانیکی

خواب مکانیکی وقتی پوشش‌های بذر یا سایر پوشش‌ها خیلی سخت باشد تا جنین در طی جوانه‌زنی نتواند گسترش یابد. درگذشته این مکانیسم خواب‌آلودگی به تعدادی از گونه‌ها نسبت داده‌شده است اما مشخص شد که عوامل درون‌زا موجب خواب در این گونه‌ها است. این عوامل درون‌زا شامل پتانسیل پایین رشد جنین است (جنین قدرت کافی برای شکستن پوشش سخت را ندارد).

۳. خواب شیمیایی

شامل تنظیم کننده‌ های رشد و غیره هستند که در پوشش‌های اطراف جنین وجود دارند. ممکن است با شستن یا خیساندن بذر از بافت‌ها جداشده و یا به‌وسیله دیگر غیرفعال شوند. سایر مواد شیمیایی که مانع جوانه‌زنی می‌شوند، توسط آب باران یا ذوب برف از دانه‌ها شسته می‌شوند.

خواب درونی یا آندوژنی

خواب‌آلودگی درون‌زا در اثر شرایط درون جنین ایجاد می‌شود و اغلب به سه زیرگروه تقسیم می‌شود: خواب فیزیولوژیکی، خواب مورفولوژیکی و خواب ترکیبی، هر یک از این گروه‌ها ممکن است دارای زیرگروه نیز باشند.

۱. خواب فیزیولوژیکی

خواب فیزیولوژیکی تا زمانی که تغییرات شیمیایی رخ ندهد از رشد جنین و جوانه‌زنی بذر جلوگیری می‌کند. آزمایشات دلالت بر این دارند که هنگامی جنین بذرهای خفته را خارج می‌کنند نهال‌های سالم تولید می‌کنند.

در مورد خواب فیزیولوژیکی نشان داده‌شده است که وقتی بذرها در معرض اسید جیبرلیک قرار می‌گیرند جوانه‌زنی افزایش می‌یابد. همچنین خشک‌کردن بذور یا انبار کردن خشک بذر باعث شکسته شدن خواب فیزیولوژیکی می‌شود.

شکست خواب بذر

استراتیفیکاسیون (سرمادهی)

استراتیفیکاسیون (سرمادهی) نیز باعث شکستن خواب فیزیولوژیکی می‌گردد که عبارت است از قرار دادن بذر برخی از گیاهان به مدت طولانی در دماهای پایین (۰ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد)؛ و یا بعضی بذور هنگامی‌که بعد از رسیدن خشک می‌شوند نیاز دارند به مدت کوتاهی تحت دماهای سرد قرار گیرند تا خواب بذر شکسته شود.

اسکاریفیکاسیون (خراش دهی)

همچنین در بعضی از بذرها خواب فیزیولوژیکی با اسکاریفیکاسیون (خراش دهی) برطرف شده و جوانه‌زنی بذرها افزایش می‌یابد. خواب فیزیولوژیکی با شکسته شدن مواد شیمیایی در یک دوره از شرایط مرطوب و خنک (که معمولاً دمای زیر ۴ درجه سانتی‌گراد و یا در بسیاری از گونه‌های Ranunculaceae و چند مورد دیگر دماهای پایین‌تر از ۵- درجه سانتی‌گراد است) مهارشده و دیگر توسط دانه تولید نمی‌شود.

اسید Abscisic

اسید Abscisic معمولاً مهارکننده رشد در دانه‌ها است و تولید آن می‌تواند تحت تأثیر نور باشد. بعضی از گیاهان مانند گونه‌های Peony دارای انواع مختلفی از خواب فیزیولوژیکی هستند، یک مورد بر روی رشد ریشه و دیگری بر روی رشد شاخه‌ها تأثیر می‌گذارد.

خشک کردن

خشک‌کردن؛ قبل از جوانه‌زنی بذر برخی از گیاهان (ازجمله تعدادی از گراس‌ها) نیاز به یک دوره خشک شدن دارند و بذرها قبل از شروع جوانه‌زنی باید رطوبت کمتری داشته باشند. اگر بذرها پس از پراکندگی مرطوب شوند، جوانه‌زنی می‌تواند برای ماه‌ها یا حتی سال‌ها به تأخیر بیفتد. بسیاری از گیاهان علفی از مناطق معتدل آب و هوایی دارای خواب فیزیولوژیکی هستند که با خشک شدن دانه‌ها از بین می‌روند.

تابش نور

تابش نور یا حساسیت به نور جوانه‌زنی برخی از دانه‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این دانه‌های فوتوبلاستیک برای جوانه‌زنی به دوره‌های تاریکی یا نور احتیاج دارند. در گونه‌هایی که بذرها پوشش نازک دارند، ممکن است نور بتواند به درون جنین خفته نفوذ کند. وجود یا عدم وجود نور می‌تواند فرآیند جوانه‌زنی را موجب شود و یا جوانه‌زنی برخی از بذرها را که در عمق بسیار زیاد خاک دفن شده‌اند یا در بعضی دیگر که در سطح خاک هستند را مهار کند.

ترمودورمانسی حساسیت بذر به گرما یا سرما

ترمودورمانسی حساسیت بذر به گرما یا سرما است. بعضی از دانه‌ها ازجمله Amaranth فقط در دماهای بالا (۳۰ درجه سانتی‌گراد یا ۸۶ درجه فارنهایت) جوانه می‌زنند. بسیاری از گیاهانی که در اوایل تا اواسط تابستان جوانه می‌زنند، دارای ترمودورمانسی هستند و فقط در صورت گرم شدن دمای خاک جوانه می‌زنند. بذرهای دیگر برای جوانه‌زنی به خاک‌های خنک نیاز دارند، درحالی‌که جوانه‌زنی برخی دیگر مانند کرفس وقتی دمای خاک خیلی بالا است مهار می‌شوند. اغلب با افزایش سن یا خشک شدن بذر، نیاز ترمودورمانسی از بین می‌رود.

خواب فیزیولوژیکی عمیق

بذرهای تحت شرایط ذیل، خواب فیزیولوژیکی عمیق دارند:

1. کاربرد GA_۳ جوانه‌زنی را افزایش نمی‌دهد.
2. جنین خارج‌شده نهال‌های غیرطبیعی تولید می‌کند.
3. دانه‌ها برای جوانه‌زنی به بیش از ۳ ماه سرمادهی نیاز دارند.

۲. خواب مورفولوژیکی

در خواب مورفولوژیکی، جنین توسعه یا تمایز نیافته است. بعضی از بذرها جنین‌های کاملاً متمایزی دارند که باید قبل از جوانه‌زنی بذر بیشتر رشد کنند، یا اینکه جنین‌ها در زمان رسیدن میوه هنوز به بافت‌های مختلف تمایز نیافته‌اند.

• جنین‌های نابالغ: بعضی از گیاهان قبل از اینکه بافت جنین کاملاً متمایز شود بذرهای خود را رها می‌کنند و بذرها پس از دریافت آب در حین رسیدن به زمین می‌رسند، این مورد جوانه‌زنی را از چند هفته تا چند ماه به تأخیر می‌اندازد.

۳. خواب ترکیبی

این بذرها هم خواب مورفولوژیکی و هم خواب فیزیولوژیکی دارند. خواب مورفوفیزیولوژیکی زمانی اتفاق می‌افتد که بذرهایی که دارای جنین‌های توسعه نیافته‌اند دارای خواب فیزیولوژیکی نیز هستند؛ بنابراین این بذرها نیاز به تیمارهای شکست خواب و همچنین یک دوره زمانی برای رشد جنین‌های توسعه‌نیافته دارند.

یک نوع خواب ترکیبی دیگر در برخی از بذرها اتفاق می‌افتد که در آن خواب توسط شرایط بیرونی (فیزیکی) و درونی (فیزیولوژیکی) ایجاد می‌شود. برخی از گونه‌ها دارای هر دو خواب شامل پوشش بذر نفوذناپذیر و خواب فیزیولوژیکی هستند.

خواب ثانویه

خواب ثانویه در برخی از بذرهای غیر خفته و بعد از خواب اولیه اتفاق می‌افتد که در شرایطی مانند دمای بالا که برای جوانه‌زنی مطلوب نیست رخ می‌دهد. خواب ثانویه ناشی از شرایطی است که پس از پراکنده شدن بذر ایجاد می‌شود. مکانیسم خواب ثانویه هنوز کاملاً مشخص نشده است اما ممکن است به دلیل از دست دادن حساسیت در گیرنده‌های غشای پلاسما باشد.

نکات مهم

همه بذرها دوره خواب ندارند، بسیاری از گونه‌های گیاه بذرهای خود را در اواخر فصل رشد آزاد می‌کنند که دمای خاک برای جوانه‌زنی خیلی کم است یا محیط رشد برای آن‌ها خشک است. اگر این بذرها در محیطی که به اندازه کافی گرم باشد و یا به اندازه کافی مرطوب باشد جمع‌آوری و کاشته شوند، جوانه می‌زنند.

در شرایط طبیعی، بذرهای غیر خفته که در اواخر فصل رشد آزاد می‌شوند تا بهار منتظر می‌مانند تا دمای خاک افزایش یابد یا در صورت پراکندگی بذر در دوره‌های خشک منتظر می‌مانند تا باران ببارد و رطوبت کافی در خاک وجود داشته باشد و سپس جوانه می‌زنند.

بذرهایی که دارای میوه‌های گوشتی هستند و جوانه‌زنی به این دلیل در آن‌ها به تأخیر می‌افتد، بذرهای ساکن هستند و خفته نیستند. بسیاری از گیاهان زراعی و باغی دارای بذرهایی هستند که در صورت داشتن رطوبت و دمای مناسب به‌سرعت جوانه خواهند زد، اگرچه اجداد وحشی آن‌ها دوره‌های خواب را داشته‌اند. این گیاهان زراعی به دلیل وجود فشارهای انتخابی توسط پرورش‌دهندگان گیاه و باغبانان است که آن‌ها گیاهان فاقد خواب را جهت کشت و تولید انتخاب می‌کنند.

بذر بعضی از گیاهان خانواده‌ی شاه‌پسند، پر جنب‌وجوش هستند و درحالی‌که هنوز به والدین وصل شده‌اند جوانه می‌زنند. آن‌ها یک ریشه بزرگ و سنگین تولید می‌کنند که باعث می‌شود بذر هنگام ریزش به درون زمین نفوذ کند.

جمع بندی

خواب بذر عبارت است از عدم جوانه‌زنی بذر یا غده‌ها باوجود تأمین شرایط لازم و مناسب (دما، رطوبت، اکسیژن، نور و…) جهت جوانه‌زنی. خواب بذر صفتی است که در طی تکامل برای زنده ماندن بذر تحت شرایط گرما، سرما، خشک‌سالی، شوری و… به وجود آمده است. همچنین خواب بذر گونه‌های گیاهی را قادر می‌سازد تا با جغرافیای مختلف (مناطقی که تغییرات در میزان دما و بارش را دارند) سازگار شوند.

خواب بذر نقش مهمی در توسعه و پراکندگی گونه‌های گیاهی دارد. به‌طورکلی دو نوع خواب بیرونی و درونی داریم. خواب بیرونی که مربوط به پوشش بذر است مانع ورود آب و اکسیژن به درون‌ دانه می‌شود. خواب درونی دلایل زیادی دارد که یکی از آن‌ها به دلیل وجود مهارکننده‌هایی مانند آبسیزیک اسید (ABA) است که توسط جیبرلیک اسید (GA_۳) یا نیترات پتاسیم (KNO_۳) از بین میرود.

جهت جوانه‌زنی بذر، خواب بذر باید از بین برود. روش‌های مختلفی برای از بین بردن خواب بذر وجود دارد مانند چینه‌ی سرمایی (سرمادهی)، خراش دهی پوسته بذر، استفاده از اسید جیبرلیک، گرمادهی و… همچنین روش‌های جدیدی مانند قدرت میدان مغناطیسی، تابش اشعه‌ی گاما و استفاده از آب‌ میوه‌ی خیار نیز گزارش‌شده است.