آهن از جمله عناصر ریز مغذی برای گیاهان بحساب می آید که بعلت قابلیت بالای آن در حمل و انتقال الکترون، عمدتا در واکنشهای تنفس سلولی (Respiration) و واکنش های اکسید و احیا نقش ایفا می کند. با آنکه عنصر آهن به طور مستقیم در ساختار کلروفیل وجود ندارد، اما حضور آن برای عملکرد این رنگیزه فتوسنتزی ضروری است. به همین دلیل، کمبود آهن در محیط رشد گیاه، باعث بروز علائم Chlorosis در برگ های جوان (بعلت غیر متحرک بودن آهن در گیاه) می شود. آهن، همچنین، جز ساختاری بسیاری از آنزیم ها و پروتئین های مهم در گیاه است.

نتایج بدست آمده از تحقیقات نشان داده است که همواره مقداری از آهن جذب شده در گیاه، به ترکیبات نامحلول تبدیل می شود. بنابراین، ممکن است در گیاهی که علائم کلروز را از خود بروز می دهد، مقدار کل آهن با یک گیاه سالم و سبز برابری کند. لذا روشی کاربردی برای مطلع شدن از وضعیت تغذیه‌ای گیاه در رابطه با عنصر آهن، اندازه گیری بخش فعال آن (Active Iron) در گیاه می باشد. در این رابطه، لازم به ذکر است که آهن فعال همبستگی بالایی با مقدار کلروفیل در گیاه دارد.

آهن عنصری ضروری برای گیاهان بشمار می رود و کلروز حاصله به واسطه کمبود آن مشکلی جهان شمول در تغذیه گیاه بحساب می آید. این اختلال با زرد شدن برگ های جوان در انواع محصولات مشهود شده، بر ترکیب معدنی برگ ها و گل ها تاثیر گذاشته و موجب کاهش چشم گیری در عملکرد، اندازه و نیز کیفیت محصول می شود.

اگرچه ممکن است مقدار کل آهن موجود در بسیاری از خاک ها در حد کفایت باشد، اما معمولا مقدار آهن قابل جذب در این خاک ها کمتر از حد مطلوب است. این امر تحت تاثیر تعدادی از ویژ‌گی‌های خاک از جمله دمای بسیار بالا یا پایین، رطوبت زیاد، تهویه ضعیف و تراکم بالا قرار دارد. کمبود آهن به ویژه در خاک های آهکی حایز اهمیت است.

در چنین خاک هایی، مقادیر بالایی از HCO₃^- در محلول خاک وجود دارد و pH بالا نیز از جمله دیگر ویژگی های بارز آنها می باشد. از طرف دیگر، این خاک ها نیترات را با تمایل بیشتری (نسبت به آمونیوم) در خود تجمع می دهند. هر دو گونه آنیونی ذکر شده (یعنی بیکربنات و نیترات)، می توانند باعث بروز کلروز ناشی از کمبود آهن شوند.

همانطور که پیش تر ذکر شد، مقدار کل آهن در برگ شاخص مناسبی برای ارزیابی سلامت گیاه در رابطه با کفایت این عنصر نمی باشد. چرا که ممکن است مقدار آهن کل در برگ هایی که دارای علائم کلروز هستند، برابر و یا حتی بیشتر از برگ های سبز باشد. بنابراین در مطالعات مربوط به تغذیه گیاه «آهن فعال» یا به عبارتی دیگر، گونه ای از آهن که در تشکیل کلروفیل نقش دارد (Fe²⁺)، مورد بررسی قرار می گیرد.

به منظور تهیه عصاره برای اندازه گیری آهن فعال در گیاه می توان از عصاره‌گیرها همچون HCl یا Ortho-Phenanthroline استفاده کرد. لازم به ذکر است که عصاره گیر DTPA برای استخراج آهن دو ظرفیتی از بافت های گیاهی مناسب نمی باشد. در بررسی میزان آهن در عصاره، قابلیت جذب عصاره توسط دستگاه اسپکتروفتومتر و در طول موج 510 nm قرائت می شود. اجزای اصلی دستگاه اسپکتروفتومتر در تصویر زیر نشان داده شده است.

برای بزرگنمایی، بر روی تصویر کلیک کنید!

 

 

 

مراحل اندازه‌گیری:

•  1 گرم بافت گیاهی را آسیاب کرده و به یک بشر 100 ml منتقل می کنیم.
• 20 ml از عصاره گیر ارتوفنانترولین به بشر اضافه کرده و اجازه می دهیم تا کمپلکس آهن دو ظرفیتی در آن ایجاد شود. (حدود 16 ساعت)
• مخلوط را صاف کرده و سپس قابلیت جذب محلول را با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر قرائت می کنیم.
• قابلیت جذب محلول های استاندارد (تهیه شده از نمک فرو سولفات آمونیوم) نیز با استفاده از اسپکتروفتومتر سنجش شده و نمودار کالیبراسیون رسم می شود.
• در انتها غلظت آهن در نمونه گیاهی با استفاده از نمودار کالیبراسیون و رابطه زیر محاسبه خواهد شد.

 

برای بزرگنمایی، بر روی تصویر کلیک کنید!

 

نکات:

• عدم آشنایی و تجربه کافی در هنگام کار با دستگاه Spectrophotometer می تواند تا حد زیادی در قرائت نهایی تاثیر گذار باشد.
• قرار دادن نمونه های مجهول در دستگاه پیش از آنکه شدت رنگ محلول به حد کافی رسیده باشد، موجب قرائت هایی کمتر از مقدار واقعی خواهد شد.
• عدم تکرار آزمایش باعث کاهش دقت اندازه گیری خواهد شد.
• تداخل (Interference) سایر مواد موجود در نمونه با عناصر مورد نظر باعث کاهش صحت آزمایش می شود.
• چنانچه اندازه گیری در شرایطی ناپایدار صورت گیرد، هر گونه تغییر ناگهانی  در کارایی دستگاه (به طور نوسان ولتاژ) می تواند باعث بروز خطا شود.

منابع:

ب. متشرع‌زاده. 1395. تقریرات درس مدیریت تغذیه گیاه. گروه علوم و مهندسی خاک، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران.

P.C.DeKock. (1978). Active Iron in Plants. Ann. Bot 43, 737-740

Sakal, R., Singh, B.P. & Singh, A.P. Determination of threshold value of iron in soils and plants for the response of rice and lentil to iron application in calcareous soil. Plant Soil 82, 141–148 (1984)

Konrad Mengel. (1994). Iron availability in plant tissues-iron chlorosis on calcareous soils. Plant and Soil, Volume 165

Hakan Çelik. 2007. Some Parameters in Relation to Iron Nutrition Status of Peach Orchards. J. BIOL. ENVIRON. SCI.

D. YIGIT, F. AKAR, E. BAYDAS and M. BUYUKYILDIZ. (2010). Elemental Composition of Various Mulberry Species, Asian Journal of Chemistry.