در یک مدیریت زراعی صحیح که در آن همواره در کنار کسب اطمینان از بهینه بودن میزان محصول برای بهبود شرایط زیست محیطی نیز تلاش می شود، اطلاع داشتن از وضعیت سلامت گیاه امری ضروری است. در این رابطه، خواص و ویژگی های متعددی برای بررسی سلامت گیاه مورد استفاده قرار می گیرد. وزن تر و خشک گیاه، نسبت ریشه به شاخساره (Root:Shoot ratio)، توده ریشه(Root mass) و Leaf Area Index برخی از این مثال ها است.
در این مطلب، ارتفاع گیاه، قطر ساقه و کارایی Photochemical فتوسنتز را به عنوان شاخص هایی از رشد مطلوب گیاه، مورد بررسی قرار خواهیم. ارتفاع و قطر ساقه گیاهان با استفاده از خط کش و کولیس ورنیر قابل انداره گیری است. محققین در بسیاری از مطالعات خود، از ارتفاع گیاهان به عنوان داده هایی ارزشمند در بررسی وضعیت کلی گیاه استفاده بعمل آورده اند. در اکثر این مطالعات، ارتفاع گیاهان به عنوان شاخصی از رشد گیاه، توان رشد، قابلیت سازگاری گیاه، مقاومت در برابر چرا و میزان محصول معرفی شده است. تحقیقات نشان داده است که فراهمی نیتروژن در محیط کشت ذرت و آفتاب گردان، تاثیر چشم گیری بر ارتفاع آن ها خواهد داشت:
برای بزرگنمایی، بر روی تصویر کلیک کنید!
برای بزرگنمایی، بر روی تصویر کلیک کنید!
قطر ساقه گیاهان نیز به عنوان یکی از روش های Non-destructive در ارزیابی سلامت گیاه، بسیار حایز اهمیت است. به علت همبستگی بالا بین قطر ساقه و وضعیت آبی گیاه، معمولا از آن به عنوان شاخصی از استرس کم آبی در گیاه یاد می کنیم. نمودار زیر مربوط به مطالعه ای است که در آن قطر ساقه گیاه گوجه فرنگی به عنوان شاخصی مناسب در بررسی وضعیت آبی این گیاه مورد تحلیل قرار گرفته است:
برای بزرگنمایی، بر روی تصویر کلیک کنید!
به منظور کمی سازی Optical Activity کلروفیل در برگ ها نیز می توان از Chlorophyll Fluorometer استفاده بعمل آورد. انواع قابل حمل این دستگاه با حساسیتی بالا، Chlorophyll Fluorescence یا به طور دقیق تر، کارایی فتوسنتزی فتوسیستم II را مورد سنجش قرار می دهد. در سال های اخیر پدیده Chlorophyll Fluorescence به شکلی فراگیر در مطالعات اکوفیزیولوژیکی مورد بحث قرار گرفته است. در واقع هیچ مطالعه ای بر فعالیت فتوسنتزی گیاه، بدون در اختیار داشتن اطلاعات تشعشع (Fluorescence data) کامل نخواهد بود. مبنای پدیده Chlorophyll Fluorescence، در سرنوشت نوری که توسط کلروفیل جذب می شود نهفته است.
بخشی از این نور جذب شده توسط رنگیزه ها، در فرایند فتوسنتز استفاده می شود. بخش اضافه آن به صورت انرژی گرمایی یا نوری با طول موج بلند تر بازتاب می شود (Chlorophyll Fluorescence). این سه فرایند در رقابت با یکدیگر انجام می شوند. به این ترتیب که افزایش کارایی هر کدام از این مراحل باعث کاهش میزان دو فرایند دیگر خواهد شد.
با اینکه مقدار نور تشعشع یافته از کلروفیل بسیار کم است (حدود 3%-2% نور جذب شده)، به راحتی قابل اندازه گیری می باشد. کافی است نوری با طول موج مشخص را به گیاه معرفی کنیم و سپس افزایش در طول موج تشعشع یافته را مورد پیمایش قرار دهیم. یکی از پیشرفت های مهمی که در این زمینه صورت گرفته، استفاده از سیستم های اندازه گیری Modulated است. در این سیستم ها، منبع نور با فرکانسی بالا خاموش و روشن شده، و شناساگر فقط برای شناسایی تشعشع حاصل از این نور چشمک زن تنظیم می شود. چنین دستگاه هایی قابلیت اندازه گیری در شرایط مزرعه (در زیر نور خورشید) را دارا می باشند.
چنانچه یک سیستم فتوسنتزی از محیطی تاریک به محیطی روشن (با طول موج مناسب) منتقل شود، به اشباع نوری یا اشباع فتوسنتزی می رسد. به طور کل هرچه گیاه از نظر فیزیولوژیکی در شرایط بهتری قرار داشته باشد نقطه اشباع آن بالا تر و تشعشع آن کمتر خواهد بود. Chlorophyll Fluorometer در واقع، نسبت Fv به Fm را قرائت می کند و دارای دامنه تغییراتی بین صفر (در حالت استرس) و یک (در شرایط بهینه) می باشد.
[Reminder: Fv is variable fluorescence and Fm is maximal fluorescence]
منابع:
Science Buddies. “Measuring Plant Growth.” Science Buddies, Science Buddies, 9 Aug. 2017, https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/references/measuring-plant-growth.
Kate Maxwell, Giles N. Johnson, Chlorophyll fluorescence—a practical guide, Journal of Experimental Botany, Volume 51, Issue 345, April 2000, Pages 659–668, https://doi.org/10.1093/jexbot/51.345.659
Pavlovic, Danijela & Nikolic, Bogdan & Djurovic, Sanja & Waisi, Hadi & Anđelković, Ana & Dragana, Marisavljević. (2014). Chlorophyll as a measure of plant health: Agroecological aspects. Pesticidi i fitomedicina. 29. 21-34. 10.2298/PIF1401021P.
“Chlorophyll Fluorescence. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 7 Nov. 2019, https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_fluorescence#Nitrogen_Balance_Index.
Heady, Harold F. “The Measurement and Value of Plant Height in the Study of Herbaceous Vegetation.” Ecology, vol. 38, no. 2, 1957, pp. 313–320. JSTOR, www.jstor.org/stable/1931691.
Oyinlola, Ey & Ogunwole, Joshua & Amapu, Ishaku. (2010). Response of sunflower (Helianthus Annuus L.) to nitrogen application in a savanna alfisol. Helia. 33. 115-126. 10.2298/HEL1052115O.
A. W. Abubakar, A. A. Manga, A. Y. Kamara, and A. I. Tofa, “Physiological Evaluations of Maize Hybrids under Low Nitrogen,” Advances in Agriculture, vol. 2019, Article ID 2624707, 6 pages, 2019. https://doi.org/10.1155/2019/2624707.