تأثیر کاربرد ترکیبات پیام‌رسان‌، بر فرآیند القای پیری برگ و انتقال مجدد آسیمیلات‌ها در سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.)

. مقدمه

سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) به‌عنوان اولین محصول زراعی غیر غله‌ای و چهارمین محصول پرمصرف در دنیا پس از گندم، ذرت و برنج است. این محصول در ایران نیز بسیار پرمصرف بوده و بر اساس آمارنامه سال 1401-1400 وزارت جهاد کشاورزی به میزان 68/4 میلیون تن در سال تولید شده است (Ministry of Agriculture, 2023). از مهمترین عوامل موثر در عملکرد کمی و کیفی سیب‌زمینی، تاریخ برداشت است. برداشت دیرهنگام سیب‌زمینی به دلایل متعددی مانند تنش‌های دمایی، تغییرات فیزیولوژیکی غده‌ها و توسعه بیماری‌ها منجر به افزایش میزان قند و کاهش کیفیت غده‌ها می‌شود (Stark et al., 2020). از سوی دیگر، برداشت پیش از تکمیل فرآیند پیری برگ‌ها، به دلیل عدم انتقال کامل مواد فتوسنتزی از اندام هوایی به غده‌ها و باقی­ماندن سبزینگی در برگ‌ها، باعث کاهش عملکرد کمی و کیفیت غده می‌شود (Waxman, 2017).

هماهنگی موثر فرآیند انتقال مواد فتوسنتزی به استولون و تبدیل آن به نشاسته در فرآیند پیری برگ، بر بهره‌وری و کیفیت غده‌ها تأثیر می‌گذارد (Dahal et al., 2019). تسریع پیری برگ می‌تواند راهکار مناسبی برای تسریع و افزایش انتقال مجدد در انتهای فصل رشد سیب‌زمینی باشد. پیری برگ در گیاهان یک فرآیند تنظیم­شده است که در آن اجزای سلولی تخریب شده و مواد غذایی به سایر قسمت‌های ذخیره‌ای گیاه مانند میوه، دانه، غده و ریشه منتقل می‌شود. این فرآیند پیچیده شامل تغییرات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی مختلفی است. سلول‌های برگ در زمان پیری، تحت تغییرات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی از جمله انتقال چشمگیر ترکیبات متابولیکی از آنابولیسم به کاتابولیسم قرار می‌گیرند. پروتئین‌ها شکسته می‌شوند و اسیدهای آمینه آن‌ها دوباره به سایر قسمت‌های گیاه مانند میوه و دانه‌های درحال رشد یا اندام‌های ذخیره‌ای منتقل می‌شوند (Buchanan-Wollaston, 2007).

برای تسریع پیری برگ می‌توان از ترکیبات پیام‌رسان گیاهی، از جمله عناصر غذایی، هورمون‌های گیاهی، و گونه‌های فعال اکسیژن استفاده کرد که نقش‌های حیاتی در تنظیم فرآیندهای بیولوژیکی گیاهان ایفا می‌کنند. این ترکیبات می‌توانند بر رشد، توسعه، پیری برگ و فرآیند انتقال مواد فتوسنتزی تأثیر بگذارند (Ding et al., 2022; Binder, 2020).

یکی از پیام‌رسان‌های موثر در انتقال مواد فتوسنتزی در گیاهان، عنصر پتاسیم است. پتاسیم بر تعدادی از آنزیم‌های دخیل در فتوسنتز، متابولیسم کربوهیدرات‌ها، ساخت پروتئین و کمک به انتقال کربوهیدارت‌ها از برگ به غده موثر بوده و به افزایش اندازه غده‌ها کمک می‌کند (Wang et al., 2018). استفاده از پتاسیم به­طور قابل توجهی اندازه غده سیب‌زمینی را افزایش می‌دهد و از این طریق باعث افزایش عملکرد نهایی می‌شود (Bhattarai & Swarnimam, 2016;
Singh & Lal, 2012). اهمیت پتاسیم در کیفیت سیب‌زمینی را می‌توان به نقش آن در بهبود فتوسنتز و انتقال مواد فتوسنتزی و همچنین افزایش تبدیل کربوهیدرات‌ها به نشاسته و پروتئین نسبت داد (Koch et al., 2019).

مطالعات مختلفی برای ایجاد تاخیر در پیری برگ انجام شده است؛ در­حالی­که آزمایش­های انجام­شده با هدف تسریع پیری برگ‌ها بسیار محدود هستند. هدف این مطالعه بررسی اثرات ترکیبات مختلف پیام‌رسان بر انتقال مجدد و تأثیر آن‌ها بر القاء و تسریع پیری برگ در انتهای فصل رشد و صفات کیفی غده سیب‌زمینی رقم فونتانه بوده است.

2. روش­شناسی پژوهش

برای ارزیابی تاثیر ترکیبات پیام‌رسان بر انتقال مجدد و القای پیری برگ در رقم فونتانه سیب‌زمینی، آزمایشی در سال 1400 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد (با عرض جغرافیایی 15/36 و طول جغرافیایی 36/59 و ارتفاع از سطح دریا 985 متر) انجام شد. وضعیت دما و بارندگی محل اجرای آزمایش که در فاصله دو کیلومتری ایستگاه سینوپتیک مشهد است در بازه فصل رشد سیب‌زمینی در شکل 1 آورده شده است (Openweathermap, 2021).

شکل 1. پارامترهای مهم دما و بارندگی در بازه فصل رشد سیب‌زمینی در مشهد.

2-1. طرح آزمایشی و تیمارها

آزمایش به­صورت طرح کرت‌های خردشده و در قالب بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار اجرا شد. در این آزمایش، اثر محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان و تعداد دفعات محلول‌پاشی، بر انتقال مجدد و تأثیر آن‌ها بر القاء و تسریع پیری برگ در انتهای فصل رشد سیب‌زمینی مورد مطالعه قرار گرفت. تیمارهای مورد مطالعه شامل تعداد دفعات محلول‌پاشی ترکیبات (یک، دو و سه مرحله) به‌عنوان عامل اصلی و محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان (شاهد محلول­پاشی با آب (Control)، سیلیکات پتاسیم (Psi)  [1]، مونوپتاسیم فسفات (MPPh)  [2]، نیتریک­اکسید (NO)  [3]، پراکسید هیدروژن (H₂O₂)  [4]، EDTA و اتفون (Eth)  [5]) به‌عنوان عامل فرعی بودند.

اندازه هر کرت با مساحت 15 متر مربع شامل پنج متر طول و سه متر عرض، چهار ردیف کشت با فاصله ردیف 75 سانتی‌متر و به صورت دو ردیفه زیگزاگ با فاصله روی ردیف 30 سانتی‌متر بود (تراکم 8/8 بوته در متر مربع). بین کرت‌ها نیز یک و نیم متر فاصله (یک ردیف کاشت­نشده) به‌عنوان حاشیه کرت‌ها در نظر گرفته شد.

در این آزمایش‌ از رقم فونتانه به منظور کاشت استفاده شد. به­طور عمومی، خصوصیات رقم فونتانه سیب‌زمینی شامل گروه رسیدگی نیمه‌زودرس، دوره خواب کوتاه، ماده خشک 2/23 درصد و عملکرد بالا است (AgriCo, 2023). عملیات کاشت در تاریخ هفتم خرداد (تاریخ کاشت متداول سیب‌زمینی در مشهد) پس از عملیات آماده‌سازی زمین انجام و پس از آن آبیاری با سیستم قطره‌ای با حجم و فواصل مورد نیاز انجام شد.

ترکیبات پیام‌رسان‌ با توجه به تیمار تعداد دفعات محلول‌پاشی، در یک مرحله (10 روز بعد از گلدهی)، دو مرحله (10 روز و 20 روز بعد از گلدهی) و سه مرحله (10 روز، 20 روز و 30 روز بعد از گلدهی) در طول فصل رشد به‌صورت محلول‌پاشی روی سطح برگ اعمال شد. غلظت مورد استفاده سیلیکات پتاسیم دو لیتر در هزار لیتر آب، مونوپتاسیم فسفات یک لیتر در هزار لیتر آب، نیتریک­اکسید 43 میکرومولار، پراکسید هیدروژن پنج میکرومولار، EDTA پنج کیلوگرم در هزار لیتر آب و اتفون 146 قسمت در میلیون در نظر گرفته شد.

2-2. صفات مورد مطالعه

در این مطالعه صفات فیزیولوژیکی، صفات عملکردی و صفات کیفی غده مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور تعیین صفات فیزیولوژیک، یک هفته پس از آخرین مرتبه محلول‌پاشی نمونه‌گیری از برگ‌های جوان کاملاً توسعه‌یافته انجام شد. صفات عملکرد کمی و کیفی غده‌ها نیز در انتهای فصل رشد سیب‌زمینی مورد ارزیابی قرار گرفت.

2-3. رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی

برای اندازه‌گیری رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی برگ از روش در و همکاران (Dere et al., 1998) استفاده شد؛ به‌طوری‌که رنگ‌دانه‌ها با استفاده از استون 100 درصد (C₃H₆O) استخراج شد. سپس میزان جذب در طول‌موج‌های 470، 645 و 662 نانومتر با استفاده از اسپکتروفتومتر (CECIL 2021, UK) انجام و غلظت رنگ‌دانه‌های برگ محاسبه شد.

محاسبات کلروفیل a، کلروفیل b و کاروتنوئیدها با استفاده از معادله‌های 5 تا 8 انجام شد:

5. Chlorophyll a = 11.75 A662 – 2.350 A645
6. Chlorophyll b = 18.61 A645 – 3.960 A662
7. Carotenoids = 1000 A470 – 2.270 Chla – 81.4 Chlb/227
8. Total pigments = Chla + Chlb + Carotenoids

2-4. فعالیت آنزیم‌ آسکوربات­پراکسیداز (APX)

به­منظور ارزیابی فعالیت آنزیمی، 100 میلی‌گرم برگ تازه در ازت مایع پودر شد. یک میلی‌لیتر بافر فسفات پتاسیم (K₃PO₄) 1/0 مولار با اسیدیته 8/7، حاوی EDTA یک میلی‌مولار به آن اضافه شد. مواد نامحلول توسط سانتریفیوژ یخچال‌دار با 12000 دور به مدت 20 دقیقه در دمای چهار درجه سانتی‌گراد جدا شد و محلول بالایی به عنوان منبع استخراج آنزیم‌ها استفاده شد. فعالیت آنزیم آسکوربات­پراکسیداز (APX) مطابق روش یاماگوچی و همکاران (1995) اندازه‌گیری شد. مخلوط واکنش حاوی بافر فسفات پتاسیم (K₃PO₄) 50 میلی‌مولار (7=pH)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂) یک میلی‌مولار و آسکوربات (C₆H₇O₆) 5/0 میلی‌مولار بود. فعالیت آسکوربات­پراکسیداز وابسته به کاهش میزان جذب در 290 نانومتر اکسیداسیون آسکوربات بود (ضریب خاموشی 8/2 میلی‌مولار در سانتی‌متر).

5-2. پراکسید هیدروژن (H₂O₂)

به­منظور اندازه‌گیری پراکسید هیدروژن 100 میلی‌گرم نمونه با 500 میکرولیتر تریکلرواستیک­اسید (TCA) 1/0 درصد هموژنایز (درون یخ) و در دمای چهار درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه با 13000 دور در دقیقه سانتریفیوژ شد. مقدار 100 میکرولیتر از محلول رویی جدا و به­طور هم‌زمان به آن 400 میکرولیتر TCA (1/0 درصد) و 800 میکرولیتر یدید پتاسیم (KI) یک مولار اضافه شد. نمونه آماده­شده به­مدت یک ساعت در مکان تاریک تکان داده شده و در نهایت در طول موج 390 نانومتر قرائت انجام و مطابق استاندارد پراکسید هیدروژن، خروجی نهایی آماده شد. لازم به ذکر است تمام مراحل در تاریکی انجام شد.

6-2. شاخص سبزینگی برگ (SPAD)

برای اندازه‌گیری شاخص سبزینگی برگ در اواسط روز (بین ساعت‌های 10 تا 12) در یک آسمان صاف بدون ابر و با استفاده از دستگاه کلروفیل‌سنج (Konica minola SPAD-502, Japan) اقدام شد. برای این کار در هر کرت، از برگ پنج بوته نمونه‌گیری شده و میانگین آن‌ها به عنوان عدد اسپد آن کرت در نظر گرفته شد.

7-2. درصد نشت الکترولیت‌ها

برای تعیین درصد نشت الکترولیت‌ها، نمونه‎های برگی از هر تیمار درون فالکون‌هایی با آب دو بار تقطیر قرار داده شد. سپس فالکون‌ها به مدت 24 ساعت در محیط آزمایشگاه قرار گرفته و در مرحله بعد میزان هدایت الکتریکی (EC) با استفاده از دستگاه رسانایی‌سنج الکتریکی (Jenway 4510, UK) اندازه‌گیری و به‌عنوان EC₁ ثبت ‌شد. به‌منظور تعیین میزان کل نشت الکترولیت‌ها، فالکون‌ها به مدت 30 دقیقه در اتوکلاو با دمای 110 درجه سانتی‌گراد و فشار 2/1 اتمسفر نگهداری شد. سپس فالکون‌ها به مدت 24 ساعت در محیط آزمایشگاه قرار گرفته و دوباره هدایت الکتریکی آن‌ها تحت عنوان EC₂ اندازه‌گیری و ثبت شد؛ درنهایت درصد نشت الکترولیت با استفاده از معادله 4 محاسبه شد (Jambunathan, 2010).

4. Electrolyte Leakage (%) = (EC₁/EC₂) × 100

2-8. عملکرد غده                                     

برای محاسبه عملکرد کل غده و عملکرد غده بازارپسند، یک متر مربع از هر کرت آزمایشی برداشت شد. غده‌ها شسته و وزن‌گیری شدند. برای اندازه‌گیری غده‌های بازارپسند، غده‌هایی که حداقل قطر 30 میلیمتر داشتند جداسازی، شمارش و وزن‌گیری شدند.

2-9. وزن مخصوص غده

به‌منظور تعیین وزن مخصوص غده‌ها (گرم بر سانتی‌متر مکعب)، مقدار دو کیلوگرم غده به­صورت تصادفی از هر تیمار جدا شد. غده‌ها شستشو و رطوبت‌گیری شده و در یک توری پلاستیکی قرار داده شدند. با استفاده از ترازوی دیجیتال آویز (Weihang portable)، وزن دقیق غده‌ها به عنوان وزن بیرون آب ثبت شد. سپس غده‌ها با توری به درون آب منتقل شده و وزن آن‌ها درون آب نیز ثبت شد. با استفاده از معادله 1، وزن مخصوص غده‌ها تعیین شد (Kleinkopf et al., 1995).

1. Specific gravity (gcm^-3) = Weight in air / (Weight in air - Weight in water)

2-10. درصد ماده خشک غده

به‌منظور محاسبه درصد ماده خشک غده‌ها، وزن تر غده‌ها اندازه‌گیری شده و سپس غده‌ها برش خورده و به مدت پنج روز در آون با دمای 80 درجه سانتی‌گراد قرار گرفت. وزن خشک غده‌ها اندازه‌گیری و درصد ماده خشک با استفاده از معادله 2 تعیین شد.

2. Dry mater (%) = ((tuber dry weight) / (tuber fresh weight)) × 100

2-11. درصد نشاسته غده

درصد نشاسته غده‌ها با استفاده از معادله 3 تعیین شد (AOAC, 1980).

3. Starch content (%) = 17.55 + 0.891 (tuber dry weight % - 24.182)

2-12. محاسبات آماری

تجزیه و تحلیل داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار SPSS نسخه 26 انجام شد. همچنین مقایسه میانگین‌ها بر پایه آزمون چنددامنه‌ای دانکن در سطح پنج درصد و رسم نمودارها در محیط نرم­افزار Excel نسخه 2016 انجام شد.

3. یافته­های پژوهش و بحث

3-1. رنگدانه‌های فتوسنتزی

نوع ترکیبات پیام‌رسان باعث تغییرات معنی‌دار در مقادیر کلروفیل a، کاروتنوئیدها و کلروفیل کل شدند (جدول 1). همچنین، دفعات محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان تأثیر معنی‌داری بر مقادیر کلروفیل a و کلروفیل کل نشان داد (جدول 1). استفاده از ترکیبات پیام‌رسان باعث کاهش معنی‌دار میزان کلروفیل a نسبت به تیمار بدون محلول‌پاشی شدند. بیشترین مقدار این صفت در تیمار شاهد مشاهده شد و محلول‌پاشی ترکیبات مونوپتاسیم فسفات، سیلیکات پتاسیم و EDTA به­ترتیب باعث کاهش 45، 31 و 30 درصدی کلروفیل a نسبت به شاهد شدند (جدول 2). بیشترین مقدار کاروتنوئید در تیمار شاهد مشاهده شد (جدول 2). محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان به­خصوص ترکیبات مونوپتاسیم فسفات، EDTA، سیلیکات پتاسیم و اتفون به­ترتیب منجر به کاهش 55، 56، 50 و 39 درصدی میزان این صفت نسبت به شرایط بدون محلول‌پاشی شدند (جدول 2).

محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان و افزایش دفعات محلول‌پاشی باعث کاهش معنی‌دار میزان کلروفیل کل شد (جدول 1). بیشترین مقدار این صفت در تیمار شاهد با یک مرحله محلول‌پاشی مشاهده شد. افزایش دفعات محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان به دو و سه مرحله به­ترتیب باعث کاهش 11 و 21 درصدی این صفت شد. در بین ترکیبات پیام‌رسان، محلول‌پاشی EDTA، مونوپتاسیم فسفات و سیلیکات پتاسیم به­ترتیب کمترین میزان کلروفیل کل را حاصل کردند. میزان این صفت در ترکیبات ذکر شده به­ترتیب 37، 33 و 28 درصد کمتر از تیمار شاهد بود (جدول 2).

جدول 1. تجزیه واریانس صفات رنگدانه‌های فتوسنتزی سیب‌زمینی رقم فونتانه تحت تیمارهای مختلف ترکیبات پیام‌رسان.

^**، ^* و ^ns به‌ترتیب بیانگر تفاوت معنی‌دار در سطح احتمال یک درصد، پنج درصد و عدم تفاوت معنی‌دار می‌باشند. SF و SC به­ترتیب نشانگر تعداد پاشش و ترکیب پیام‌رسان است.

جدول 2. مقایسه میانگین صفات رنگدانه‌های فتوسنتزی سیب‌زمینی رقم فونتانه تحت تیمارهای مختلف ترکیبات پیام‌رسان.

میانگین‌های دارای حروف مشترک در هر ستون بر اساس آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد تفاوت معنی‌داری ندارند. SF وSC به­ترتیب نشانگر تعداد پاشش و ترکیب پیام‌رسان است.

3-2. فعالیت آنزیم آسکوربات­پراکسیداز (APX)

استفاده از ترکیبات پیام‌رسان، تاثیر معنی‌داری بر میزان فعالیت آنزیم آسکوربات­پراکسیداز داشت (جدول 3). اما دفعات محلول‌پاشی ترکیبات و اثر متقابل آن با ترکیبات پیام‌رسان تاثیر معنی‌داری بر میزان فعالیت این آنزیم نداشت (جدول 3). بیشترین فعالیت این آنزیم به­ترتیب در تیمارهای شاهد، پراکسید هیدروژن و نیتریک­اکسید مشاهده شد. در بین ترکیبات پیام‌رسان، تیمارهای مونوپتاسیم فسفات، سیلیکات پتاسیم و EDTA به‌ترتیب کاهش 65، 59 و 48 درصدی میزان فعالیت آسکوربات­پراکسیداز را نسبت به شاهد نشان دادند (جدول 4).

3-3. پراکسید هیدروژن (H₂O₂)

نتایج آزمایش نشان داد که استفاده از ترکیبات پیام‌رسان تأثیر معنی‌داری بر میزان پراکسید هیدروژن برگ داشتند (جدول 3). علاوه­بر­این، دفعات محلول‌پاشی این ترکیبات نیز به‌طور معنی‌داری میزان پراکسید هیدروژن را تغییر داد. در بررسی اثرات ترکیبات مختلف، تیمار EDTA بالاترین میزان پراکسید هیدروژن را با 74 درصد افزایش نسبت به شاهد نشان داد (جدول 4). همچنین، تیمار پراکسید هیدروژن (H₂O₂) و مونوپتاسیم فسفات، میزان پراکسید هیدروژن برگ را به­ترتیب 71 و 50 درصد نسبت به شاهد افزایش دادند (جدول 4). نیتریک­اکسید و سیلیکات پتاسیم نیز به­ترتیب باعث افزایش 26 و 17 درصدی پراکسید هیدروژن نسبت به شاهد شدند (جدول 4).

جدول 3. تجزیه واریانس صفات عملکردی و فیزیولوژیک سیب‌زمینی رقم فونتانه تحت تیمارهای مختلف ترکیبات پیام‌رسان.

^**، ^* و ^ns به‌ترتیب بیانگر تفاوت معنی‌دار در سطح احتمال یک درصد، پنج درصد و عدم تفاوت معنی‌دار می‌باشند. SF و SC به­ترتیب نشانگر تعداد پاشش و ترکیب پیام‌رسان است.

4-3. شاخص سبزینگی برگ (SPAD)

براساس نتایج تجزیه واریانس ترکیبات پیام‌رسان به‌طور معنی‌داری بر شاخص سبزینگی برگ تأثیر داشتند (جدول 3). با این حال، دفعات محلول‌پاشی و اثر متقابل آن با ترکیبات پیام‌رسان تأثیر معنی‌داری بر این صفت نشان ندادند (جدول 3).

کمترین شاخص سبزینگی برگ در تیمارهای EDTA، اتفون، مونوپتاسیم فسفات و سیلیکات پتاسیم مشاهده شد. این ترکیبات به­ترتیب باعث کاهش 21، 19، 17 و 17 درصدی اسپد نسبت به تیمار شاهد شدند (جدول 4).

5-3. نشت الکترولیت‌ها

استفاده از ترکیبات پیام‌رسان تأثیر معنی‌داری بر درصد نشت الکترولیت غشاء داشت؛ با این حال، تعداد دفعات محلول‌پاشی و اثرات متقابل آن‌ها با ترکیبات پیام‌رسان تأثیر معنی‌داری بر این صفت نداشتند (جدول 3). مقایسات میانگین­ها نشان داد که تیمار سیلیکات پتاسیم نسبت به شاهد 14 درصد نشت الکترولیت بیشتری ایجاد کرده است (جدول 4). همچنین تیمارهای EDTA و مونوپتاسیم فسفات نیز به­ترتیب با نه و سه درصد افزایش نشت الکترولیت نسبت به شاهد، باعث افزایش میزان این صفت شدند (جدول 4). تیمارهای پراکسید هیدروژن، نیتریک­اکسید، شاهد و اتفون به­ترتیب کمترین میزان نشت الکترولیت غشاء را نشان دادند (جدول 4).

3-6. عملکرد غده

براساس نتایج تجزیه واریانس تعداد دفعات محلول‌پاشی و همچنین اثر متقابل آن با ترکیبات پیام‌رسان، بر عملکرد کل غده و عملکرد غده بازارپسند تاثیر معنی‌دار نداشت؛ اما محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان بر صفات ذکر شده اثر معنی‌داری داشت (جدول 3). کمترین عملکرد غده در تیمار شاهد مشاهده شد. محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان به­ویژه مونوپتاسیم فسفات، سیلیکات پتاسیم و EDTA به­ترتیب باعث افزایش 60 ، 45 و 40 درصدی این صفت نسبت به تیمار شاهد شدند (جدول 4). در صفت عملکرد غده بازارپسند نیز محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان باعث افزایش میزان این صفت نسبت به شرایط بدون محلول‌پاشی شدند. تیمارهای مونوپتاسیم فسفات، سیلیکات پتاسیم و EDTA به­ترتیب باعث افزایش 93، 64، 45 درصدی عملکرد غده بازارپسند نسبت به شاهد شدند (جدول 4).

3-7. وزن مخصوص غده

اثر ترکیبات پیام‌رسان، دفعات محلول‌پاشی آن‌ها و همچنین اثر متقابل آن‌ها تاثیری بر میزان وزن مخصوص غده‌های سیب‌زمینی نداشت (جدول 3).

3-8. درصد ماده خشک غده

نتایج نشان داد که استفاده از ترکیبات پیام‌رسان و دفعات محلول‌پاشی آن‌ها تأثیر معنی‌داری بر درصد ماده خشک غده‌های سیب‌زمینی داشتند (جدول 3). محلول‌پاشی دو و سه مرحله‌ای ترکیبات پیام‌رسان به­ترتیب هفت و هشت درصد افزایش ماده خشک نسبت به یک مرحله محلول‌پاشی حاصل کردند (جدول 4). در مورد ترکیبات پیام‌رسان، تیمار سیلیکات پتاسیم بیشترین ماده خشک غده (19 درصد افزایش نسبت به شاهد) را نشان داد (جدول 4). پس از آن تیمارهای مونوپتاسیم فسفات و EDTA نیز به­ترتیب باعث ایجاد اختلاف 14 و 13 درصدی افزایش نسبت به شاهد شدند. تیمارهای پراکسید هیدروژن، اتفون و شاهد کمترین درصد ماده خشک غده را داشتند (جدول 4).

3-9. درصد نشاسته غده

استفاده از ترکیبات پیام‌رسان و تعداد دفعات محلول‌پاشی آن‌ها تأثیر معنی‌داری بر درصد نشاسته غده‌های سیب‌زمینی داشتند (جدول 3). نتایج نشان داد که کاربرد ترکیبات پیام‌رسان منجر به افزایش درصد نشاسته نسبت به عدم استفاده از آن‌ها شد (جدول 4). کمترین مقدار نشاسته در تیمار شاهد و بیشترین مقدار در تیمارهای سیلیکات پتاسیم، مونوپتاسیم فسفات و EDTA به­ترتیب با افزایش 26، 19 و 17 درصدی نسبت به شاهد مشاهده شد (جدول 4).

3-10. بحث

در این پژوهش استفاده از ترکیبات پیام‌رسان حاوی پتاسیم به‌ویژه سیلیکات پتاسیم و مونوپتاسیم فسفات باعث القای پیری برگ‌ها و انتقال مجدد در سیب‌زمینی رقم فونتانه شدند. پتاسیم یک ماده پرمصرف ضروری است که بر فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلف گیاهان از جمله فعال­شدن آنزیم‌ها، فتوسنتز، افزایش انتقال قند و نشاسته و تنظیم آب سلول تأثیر می‌گذارد. سطوح کافی پتاسیم به حفظ تورژسانس سلولی و سلامت کلی گیاه کمک می‌کند که می‌تواند پیری را به تاخیر بیندازد؛ با این حال، زمانی که پتاسیم در اواخر فصل رشد استفاده شود نتایج متفاوتی حاصل شده و پیری تسریع می‌شود (Wang et al., 2013). مطالعات مختلف، پاسخ‌های متفاوتی را به کاربردهای پتاسیم در اواخر فصل در گیاهان مختلف نشان داده‌اند. به­عنوان مثال در گندم، استفاده از پتاسیم در انتهای فصل رشد برخی صفات فیزیولوژیکی را افزایش و از طرفی منجر به تسریع پیری برگ شد (Gu et al., 2021). همچنین در پنبه زمان و روش مصرف پتاسیم به­طور قابل توجهی بر پیری برگ تأثیر گذاشته و کاربرد آخر فصل آن منجر به پیری سریع‌تر برگ‌ها می‌شود (Yang et al., 2017).

در این آزمایش، استفاده از ترکیبات پیام‌رسان ازجمله سیلیکات پتاسیم و مونوپتاسیم فسفات باعث کاهش محتوای کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل کل شد. از آنجایی­که گیاه در انتهای فصل، مواد و عناصر غذایی را به اندام‌های ذخیره‌ای اختصاص می‌دهد، کاربرد پتاسیم اضافی می‌تواند سرعت حرکت این مواد را افزایش دهد. با این ‌کار، مواد غذایی از برگ‌ها تخلیه شده و باعث زردشدن و پیری آن‌ها می‌شود (Hasanuzzaman et al., 2018; Xu et al., 2020). با پیر شدن برگ‌ها، محتوای کلروفیل به میزان قابل توجهی کاهش یافته و باعث تغییر رنگ برگ می‌‌شود. تجزیه کلروفیل یکی از اولین و قابل مشاهده‌ترین نشانه‌های پیری برگ است (Zhao et al., 2021). در طول پیری برگ، کلروفیل a و b با سرعت‌های متفاوتی تجزیه می‌شوند و محتوای آن‌ها کاهش پیدا می‌کند که امکان تغییر تدریجی رنگ برگ از سبز به زرد را با کاهش محتوای کلروفیل فراهم می‌کند (Vangelisti et al., 2020). این فرآیند برای انتقال مجدد مواد غذایی گیاه بسیار مهم است. همبستگی منفی بین وزن خشک و نشاسته غده با میزان رنگدانه‌های فتوسنتزی، نشان از انتقال مواد فتوستزی به غده‌ها و تبدیل آن‌ها به نشاسته دارد (جدول 5).

با اینکه محلول‌پاشی ترکیبات پیام‌رسان باعث کاهش محتوای کاروتنوئیدها شدند، اما با افزایش دفعات محلول‌پاشی محتوای آنها افزایش پیدا کرد که با افزایش پیری برگ قابل توجیه است. کاروتنوئیدها نسبت به کلروفیل‌ دیرتر تجزیه می‌شوند. با کاهش محتوای کلروفیل، غلظت نسبی کاروتنوئیدها می‌تواند افزایش یابد که ممکن است به رنگ‌های زرد و نارنجی در برگ‌های پیر مشاهده شود. در برخی از مطالعات مشخص شده که کاروتنوئیدها حتی با کاهش قابل توجه سطح کلروفیل، نسبتاً پایدار می‌مانند (Lichtenthaler & Babani., 2022).

افزایش سطح پراکسید هیدروژن در این پژوهش در نتیجه استفاده از ترکیبات پیام‌رسان از جمله سیلیکات پتاسیم و مونوپتاسیم فسفات احتمالا به دلیل تنش اکسیداتیو ناشی از محلول‌پاشی آن‌ها در انتهای فصل رشد بوده است که باعث تخریب غشاء‌ها و افزایش درصد نشت الکترولیت شده است. همچنین در این مطالعه همبستگی منفی معنی‌داری بین میزان پراکسید هیدروژن با رنگدانه‌های فتوسنتزی مشاهده شد (جدول 5). محلول‌پاشی ترکیبات پتاسیمی در انتهای فصل، باعث پیام‌رسانی تنش و تولید گونه‌های فعال اکسیژن می‌شود. این رادیکال‌های آزاد نقش مهمی در تخریب اجزای سلولی از جمله کلروفیل‌ و القاء پیری برگ دارند (Hu et al., 2016; Sarwar et al., 2022). از طرفی، این ROS[6]ها به عنوان مولکول پیام‌رسان برای تنظیم مسیرهای پیری برگ عمل می‌کنند (Zhao et al., 2022). با پیشرفت پیری برگ، تعادل بین تولید ROS و فعالیت آنتی‌اکسیدانی تغییر می‌کند. افزایش ROS اغلب با کاهش فعالیت این آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان همراه است که منجر به افزایش تنش اکسیداتیو می‌شود (Khanna-Chopra. 2012; Honig et al., 2018). در این پژوهش کاهش معنی‌دار فعالیت آنزیم آسکوربات­پراکسیداز احتمالا به دلیل افزایش سطح ROSهایی مانند پراکسید هیدروژن و کاهش فعالیت سیستم‌های دفاعی آنتی‌اکسیدانی در اثر القای پیری برگ در نتیجه کاربرد ترکیبات پیام‌رسان سیلیکات پتاسیم و مونوپتاسیم فسفات است.

افزایش عملکرد غده سیب‌زمینی در تیمارهای کاربرد ترکیبات پیام‌رسان حاوی پتاسیم نسبت به سایر ترکیبات بیشتر بود. پتاسیم آنزیم‌های مختلف درگیر در متابولیسم کربوهیدارت‌ها را فعال می‌کند که به تبدیل قندهای ساده به اشکال پیچیده‌تر آن مثل نشاسته کمک می‌کند. این فرآیند برای تجمع کربوهیدرات‌ها در غده حیاتی است که به‌طور مستقیم بر اندازه و عملکرد غده‌ها تاثیر می‌گذارد (Torabian et al., 2021). نقش پتاسیم در رشد گیاه سیب‌زمینی، بیوشیمی ساخت نشاسته و کمیت و کیفیت غده به­خوبی اثبات شده است (Karam et al., 2011). پتاسیم باعث تسهیل انتقال مواد فتوسنتزی به غده‌های سیب‌زمینی می‌شود که این موضوع باعث افزایش اندازه، زیست‌توده و عملکرد غده می‌شود
 (Moinuddin at al, 2005). همچنین این عنصر باعث افزایش سرعت و مدت زمان حجیم­شدن غده‌ها در سیب‌زمینی می‌شود (Malik & Gosh, 2002). باتوجه به نقش پتاسیم در تسهیل انتقال مواد فتوسنتزی از برگ به غده، افزایش عملکرد غده در متر مربع و عملکرد غده بازارپسند در نتیجه کاربرد سیلیکات پتاسیم و مونوپتاسیم فسفات به دلیل محتوای پتاسیم آن‌ها قابل توجیه است. تیمار EDTA نیز از نظر عملکردی در سطح بالایی قرار داشت. این ترکیب احتمالا به دلیل محتوای اتیلن آن و همچنین ایجاد تنش اکسیداتیو و تخریب غشاء‌ها باعث القاء پیری در برگ‌ها، زردی و تسریع انتقال مواد به اندام‌های ذخیره‌ای گیاه می‌شود. Kamal et al. (2023) گزارش کردند که افزایش غلظت EDTA باعث افزایش تولید گونه‌های فعال اکسیژن، پراکسیداسیون غشاء‌های سلولی و تجزیه کلروفیل‌ها می‌شود. نتایج مشابه در آزمایش ما نیز با توجه به غلظت بالای مصرف EDTA (5000 ppm) با همین مکانیسم اثر قابل توجیه است.

وزن خشک غده و درصد نشاسته غده همبستگی مثبت و معنی‌داری با عملکرد غده داشتند (جدول 5). در مطالعه‌ای استفاده از ترکیبات پیام‌رسان پتاسیمی از جمله مونوپتاسیم فسفات و سیلیکات پتاسیم باعث بهبود کیفیت سیب‌زمینی از لحاظ درصد نشاسته، وزن مخصوص غده، درصد ماده خشک و کیفیت پخت شد (Westermann et al., 1994). برخی از مطالعات نیز به­طور مشابه گزارش کردند که پتاسیم با فعال­کردن آنزیم ساخت نشاسته، درصد ماده خشک و محتوای نشاسته را بهبود می‌بخشد و همبستگی مثبتی بین این صفات وجود دارد (Feltran et al., 2004).

جدول 4. مقایسه میانگین صفات فیزیولوژیک و عملکردی سیب‌زمینی رقم فونتانه تحت تیمارهای مختلف ترکیبات پیام‌رسان.

میانگین‌های دارای حروف مشترک در هر ستون بر اساس آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد تفاوت معنی‌داری ندارند. SC و SF به­ترتیب نشانگر تعداد پاشش و ترکیب پیام‌رسان است.

جدول 5. همبستگی بین صفات مورد مطالعه سیب‌زمینی رقم فونتانه تحت تیمارهای مختلف ترکیبات پیام‌رسان.

^** و ^* به‌ترتیب بیانگر تفاوت معنی‌دار در سطح احتمال یک و پنج درصد می‌باشند.

4. نتیجه‌گیری

در بررسی اثرات ترکیبات پیام‌رسان مختلف بر انتقال مواد فتوسنتزی از برگ به غده و تأثیر آن‌ها بر القاء و تسریع پیری برگ در انتهای فصل رشد و صفات کیفی غده سیب‌زمینی رقم فونتانه، ترکیبات حاوی پتاسیم بیشترین تأثیر را بر انتقال مواد فتوسنتزی از اندام هوایی به غده و القای پیری برگ در سیب‌زمینی دارند. این ترکیبات با القای پیری در برگ‌ها و افزایش انتقال مواد تولیدشده به غده‌های سیب‌زمینی، نه‌تنها به افزایش عملکرد گیاه کمک کرده‌اند، بلکه کیفیت محصول نهایی را نیز ارتقاء داده‌اند. این یافته‌ها نشان می‌دهند که ترکیبات پیام‌رسان، به‌ویژه ترکیبات حاوی پتاسیم، در مراحل انتهایی رشد، باعث افزایش سطح گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)، افزایش درصد نشت الکترولیت‌ها و کاهش محتوای کلروفیل برگ شده که این امر به تخریب غشاء سلولی و پیری برگ‌ها منجر شده است. همچنین، این ترکیبات منجر به افزایش درصد نشاسته و ماده خشک غده شده‌اند که نشان از افزایش انتقال مواد فتوسنتزی به غده دارد. از نظر تعداد دفعات محلول‌پاشی نیز، محلول‌پاشی در دو و سه مرحله تأثیر بیشتری بر افزایش ماده خشک، درصد نشاسته و کاهش کلروفیل کل نشان داده است. بنابراین پیشنهاد می‌شود برای بهینه‌سازی عملکرد و کیفیت غده‌ها، از محلول‌پاشی در دو یا سه مرحله استفاده شود. این یافته‌ها نشان می‌دهند که استفاده از ترکیبات پیام‌رسان حاوی پتاسیم در انتهای فصل رشد می‌تواند به‌عنوان یک ابزار مهم در بهبود عملکرد و کیفیت سیب‌زمینی مورد استفاده قرار گیرد که می‌تواند مبنایی برای پژوهش‌های آینده و توصیه‌های کشاورزی باشد. با این حال، نیاز به تحقیقات بیشتری برای بهینه‌سازی شرایط استفاده از این ترکیبات و جلوگیری از آسیب‌های احتمالی به گیاهان وجود دارد. همچنین، در مطالعات آینده لازم است نحوه عمل پیام‌رسان‌ها از نظر مطالعات ژنتیک گیاهی و فیزیولوژی مولکولی به‌طور دقیق‌تر بررسی شود تا تأثیر این ترکیبات در سطح مولکولی و سلولی بهتر درک شود.

5. منابع

AgriCo. (2023). Fontane overview. AgriCo Potatoes. https://www.agricopotatoes.com/.

AOAC (Association of Official Analytical Chemists). (1980). Official Methods of Analysis. Gaithersburg, Md.

Bhattarai, B., & Swarnima, K.C. (2016). Effect of potassium on quality and yield of potato tubers–A review. International Journal of Agriculture & Environmental Science, 3(6), 7-12.

Buchanan-Wollaston, V. (2007). Senescence in plants. eLS. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd. doi, 10.1002/9780470015902.a0020133.

Binder, B.M. (2020). Ethylene signaling in plants. Journal of Biological Chemistry, 295(22), 7710-7725.

Dahal, K., Li, X.Q., Tai, H., Creelman, A., & Bizimungu, B. (2019). Improving potato stress tolerance and tuber yield under a climate change scenario–A current overview. Frontiers in Plant Science, 10, 563.

Dere, S., Gines., T., & Sivaci, R. (1998). Spectrophotometric determination of chlorophyll a, b and total carotenoid contents of some algae species using different solvents. Turkish Journal of Botany, 22, 13-17.

Feltran, J.C., Lemos, L.B., & Vieites, R.L. (2004). Technological quality and utilization of potato tubers. Scientia Agricola, 61, 598-603.

Ding, L.N., Li, Y.T., Wu, Y.Z., Li, T., Geng, R., Cao, J., ..., & Tan, X.L. (2022). Plant disease resistance-related signaling pathways: Recent progress and future prospects. International Journal of Molecular Sciences, 23(24), 16200.

Gu, X., Liu, Y., Li, N., Liu, Y., Zhao, D., Wei, B., & Wen, X. (2021). Effects of the foliar application of potassium fertilizer on the grain protein and dough quality of wheat. Agronomy, 11(9), 1749.

Hasanuzzaman, M., Bhuyan, M.B., Nahar, K., Hossain, M.S., Mahmud, J.A., Hossen, M.S., ..., & Fujita, M. (2018). Potassium: A vital regulator of plant responses and tolerance to abiotic stresses. Agronomy, 8(3), 31.

Honig, M., Plíhalová, L., Husičková, A., Nisler, J., & Doležal, K. (2018). Role of cytokinins in senescence, antioxidant defence and photosynthesis. International Journal of Molecular Sciences, 19(12), 4045.

Hu, W., Lv, X., Yang, J., Chen, B., Zhao, W., Meng, Y., ..., & Oosterhuis, D.M. (2016). Effects of potassium deficiency on antioxidant metabolism related to leaf senescence in cotton (Gossypium hirsutum L.). Field Crops Research, 191, 139-149.

Jambunathan, N. (2010). Determination and detection of reactive oxygen species (ROS), lipid peroxidation, and electrolyte leakage in plants. Plant Stress Tolerance: Methods and Protocols, 291-297.

Kamal, M.A., Perveen, K., Khan, F., Sayyed, R.Z., Hock, O.G., Bhatt, S.C., ... & Qamar, M.O. (2023). Effect of different levels of EDTA on phytoextraction of heavy metal and growth of Brassica juncea L. Frontiers in Microbiology, 14, 1228117.

Karam, F., Massaad, R., Skaf, S., Breidy, J., & Rouphael, Y. (2011). Potato response to potassium application rates and timing under semi-arid conditions. Advances in Horticultural Science, 25(4), 265-268.

Khanna-Chopra, R. (2012). Leaf senescence and abiotic stresses share reactive oxygen species-mediated chloroplast degradation. Protoplasma, 249, 469-481.

Kleinkopf, G.E., Westermann, D.T., Wille, M.J., & Kleinschmidt, G.D. (1987). Specific gravity of Russet Burbank potatoes. American Potato Journal, 64, 579-587.

Koch, M., Busse, M., Naumann, M., Jákli, B., Smit, I., Cakmak, I., & Pawelzik, E. (2019). Differential effects of varied potassium and magnesium nutrition on production and partitioning of photoassimilates in potato plants. Physiologia Plantarum, 166(4), 921-935.

Lichtenthaler, H.K., & Babani, F. (2022). Contents of photosynthetic pigments and ratios of chlorophyll a/b and chlorophylls to carotenoids (a+b)/(x+c) in C4 plants as compared to C3 plants. Photosynthetica, 60(1), 3-9.

Malik, G.C., & Ghosh, D.C. (2002). Effect of fertility level, plant density and variety on growth and productivity of potato. In Potato-Global Research and Development, 2, 866-871.

Ministry of Agriculture (2023). Agricultural Statistics - Crops. Published July 24, 2023.

Moinuddin, Singh, K., & Bansal, S. K. (2005). Growth, yield, and economics of potato in relation to progressive application of potassium fertilizer. Journal of Plant Nutrition, 28(1), 183-200.

OpenWeatherMap. (2021). Weather API. Retrieved from https://openweathermap.org/api.

Sarwar, M., Saleem, M.F., Maqsood, H., Ullah, N., Khan, A., Waqas, M., ... & Shuang, Y. (2022). Strengthening leaf physiological functioning and grain yield formation in heat-stressed wheat through potassium application. Frontiers in Plant Science, 13, 1005773.

Singh, S.K., & Lal, S.S. (2012). Effect of potassium nutrition on potato yield, quality and nutrient use efficiency under varied levels of nitrogen application. Potato Journal, 39(2).

Stark, J.C., Love, S.L., & Knowles, N.R. (2020). Tuber quality. Potato Production Systems, 479-497.

Torabian, S., Farhangi-Abriz, S., Qin, R., Noulas, C., Sathuvalli, V., Charlton, B., & Loka, D.A. (2021). Potassium: A vital macronutrient in potato production: A review. Agronomy, 11(3), 543.

Vangelisti, A., Guidi, L., Cavallini, A., Natali, L., Lo Piccolo, E., Landi, M., ..., & Giordani, T. (2020). Red versus green leaves: Transcriptomic comparison of foliar senescence between two Prunus cerasifera genotypes. Scientific Reports, 10(1), 1959.

Wang, J., Zhu, G., Dong, Y., Zhang, H., Rengel, Z., Ai, Y., & Zhang, Y. (2018). Potassium starvation affects biomass partitioning and sink–source responses in three sweet potato genotypes with contrasting potassium-use efficiency. Crop and Pasture Science, 69(5), 506-514.

Wang, M., Zheng, Q., Shen, Q., & Guo, S. (2013). The critical role of potassium in plant stress response. International Journal of Molecular Sciences, 14(4), 7370-7390.

Waxman, A.M. (2017). Effects of Harvest Date and Storage Duration on End-Product Quality of Three Processing Potato Varieties. Ph.D. Thesis. Faculty of Agriculture Idaho University, United States.

Westermann, D.T., James, D.W., Tindall, T.A., & Hurst, R.L. (1994). Nitrogen and potassium fertilization of potatoes: Sugars and starch. American Potato Journal, 71, 433-453.

Xu, X., Du, X., Wang, F., Sha, J., Chen, Q., Tian, G., ..., & Jiang, Y. (2020). Effects of potassium levels on plant growth, accumulation and distribution of carbon, and nitrate metabolism in apple dwarf rootstock seedlings. Frontiers in Plant Science, 11, 904.

Yamaguchi, K., Mori, H., & Nishimura, M. (1995). A novel isoenzyme of ascorbate peroxidase localized on glyoxysomal and leaf peroxisomal membranes in pumpkin. Plant and Cell Physiology, 36(6), 1157-1162.

Yang, X., Li, C., Zhang, Q., Liu, Z., Geng, J., & Zhang, M. (2017). Effects of polymer-coated potassium chloride on cotton yield, leaf senescence and soil potassium. Field Crops Research, 212, 145-152.

Zhao, W., Zhao, H., Wang, H., & He, Y. (2022). Research progress on the relationship between leaf senescence and quality, yield and stress resistance in horticultural plants. Frontiers in Plant Science, 13, 1044500.

Zhao, Y.Q., Zhang, Z.W., Chen, Y.E., Ding, C.B., Yuan, S., Reiter, R.J., & Yuan, M. (2021). Melatonin: A potential agent in delaying leaf senescence. Critical Reviews in Plant Sciences, 40(1), 1-22.

[1] . Potassium silicate

[2]. Monopotassium phosphate

[3] . Nitric oxide

[4] . Hydrogen peroxide

[5]. Ethephon

[6]. Reactive oxygen species