Document Type : Original Article
Authors
1 Department of Forestry, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University
2 Department of Biology, Faculty of Science, University of Mazandaran, Babolsar
3 Department of Forestry, Agriculture and Natural Resources of Gonbad University
4 Research Institute of Forests and Rangelands of Iran, Tehran
Abstract
Keywords
Main Subjects
مقدمه
جنس نمدار (Tilia spp.) با حدود 30 گونه درختی، در اکثر مناطق معتدله نیمکره شمالی، در آسیا (دارای بیشترین تنوع گونهایی)، آفریقا، اروپا، کانادا و تا شرق آمریکای شمالی گسترش دارد(Plotnik, 2000; Rehder, 1987). ضمن اینکه تخریب بیرویه سبب از دست رفتن بسیاری از ذخایر ژنتیکی
Tilia spp. گردید، متأسفانه بین گیاهشناسان در مورد نوع و تعداد گونههای این جنس در شمال ایران نیز اتفاق نظر وجود ندارد. برخی از پژوهشگران نمدارهای ایران راTilia begonifolia Steven (Maleev, 1949)، Ruprecht T. caucasica (Browics, 1978) و T. dasystyla subsp. caucasica Steven (Pigott and Francis, 1999) معرفی کردند و برخی دیگر،
T. platyphyllos Scop. (Ghahraman, 1993) و یا
T. begonifolia Steven (Sabeti, 1976) معرفی نمودند. از سوی دیگر، حفاظت ذخایر ژنتیک گیاهی، مستلزم شناخت نیازهای اکولوژیک و آگاهی از سطوح تنوع ژنتیکی آن با بهکارگیری روشهای مناسب، ضروری است. ریختشناسی روزنه به عنوان یک معیار تاکسونومیک مناسب برای تعیین گونههای مختلف یک جنس، سالیان متمادی است که استفاده میشود (Watson, 1962; Metcalfe, 1988; Prabhaker, 2004).
روزنه اندام اصلی در گیاهان آوندی برای تبادل گاز بین سلولهای مزوفیل برگ و محیط است. در واقع، گیاهان سبز برای تولید انرژی نیاز به ورود دی اکسید کربن از طریق روزنه دارند که این عمل خود سبب از دست رفتن آب از این طریق میشود. بنابراین، گیاهان برای برقراری توازن بین ورود دی اکسید کربن و خروج آب، در شرایط رویشگاهی متفاوت، تعداد (تراکم) روزنه در واحد سطح خود را تنظیم میکنند (Körner et al.,1986). اولین بار Stresburger در سال 1866 و به دنبال وی Vesque در سال 1889، بر اساس ترتیب قرار گرفتن سلولهای همراه اطراف روزنه و نحوه شکلگیری آن، چهار نوع متفاوت از روزنه را شناسایی کردند. در این راستا، Metcalfe و Chalk (1988)، 25 نوع روزنه برای گیاهان دو لپه و Stace (1980) 31 نوع روزنه برای گیاهان تک لپه شناسایی و معرفی نمودند. امروزه مطالعه صفات ریختی روزنه به طور فزایندهای بین متخصصان علوم گیاهی برای بررسی تنوع در بین گونههای گیاهی، رایج شده است (Lubbinge, 1971; Cutler, 1982; Smith and Van Wyk, 1992; Haron and Moore, 1996).
Chenqqi و همکاران (2007) کارآیی ساختار سطحی برگ و نوع آرایش روزنه را در تفکیک گونههای جنس L. Camellia تأیید نمودند. Uzunova (1999) توانست با مقایسه نوع روزنه و سلولهای همراه، گونههای مختلف جنس ممرز(Carpinus bettulus) را از یکدیگر تفکیک کند. گونههای جنس Tilia L. دارای ارزش دارویی و صنعتی زیادی در جنگلهای هیرکانی است که متأسفانه طی سالیان اخیر بسیاری از رویشگاههای آن تخریب شده است. از آنجاییکه اتخاذ راهکار مدیریتی مناسب، مستلزم شناخت بهتر نیازهای اکولوژیک و سطح تنوع آن است، پژوهش حاضر از یک سو به منظور مطالعه صفات ریختی روزنه با هدف شناسایی تیپهای مختلف روزنه در Tilia spp. و میزان ارتباط صفات ریختی روزنه با شرایط اقلیمی رویشگاه صورت گرفت و از سوی دیگر، اهمیت این صفات ریختی، به ویژه تیپ روزنه در تفکیک گونههای مختلف یک جنس، با هدف تقویت فرضیه حضور گونههای مختلف از جنسTilia L. در شمال ایران انجام شد.
مواد و روشها
در این تحقیق، ابتدا شش رویشگاه Tilia spp. در جنگلهای هیرکانی انتخاب شدند (جدول 1). سپس به روش Miles و همکاران (1995) تعدادی برگ (حتیالامکان در یک جهت و از سمت بیرونی تاج) از پنج تا هشت پایه، با فواصل حداقل 100 متر در هر رویشگاه، جمعآوری گردید. برگهای خشک شده به مدت 5 دقیقه در آب جوش قرار گرفت و با استفاده از اسکالپل از سطح پشتی برگها برشهای نازکی تهیه گردید. برشها حدود 5 دقیقه داخل آب ژاول قرار گرفت. پس از این زمان، از نمونهها با میکروسکوپ نوری عکسبرداری شد و صفات ریختی روزنه، شامل قطر بزرگ، قطر کوچک، مساحت، تراکم روزنه با نرمافزار ver. 2.0 Image Tools اندازهگیری گردید.
برای عکسبرداری روزنهها با میکروسکوپ الکترونی SEM، ابتدا از برگ تازه برش کوچکی تهیه شد و نمونهها به مدت 10-15 دقیقه در دستگاه لایه نشان (sputter coater) قرارگرفت و طبق روش physical vapor deposition لایه نازکی از طلا بر روی آن قرار گرفت. سپس ساختار روزنههای برگ با بزرگنمایی متفاوت توسط میکروسکوپ الکترونی مطالعه شد. برای بررسی تفاوت معنیدار بین صفات کمی روزنه در بین جمعیتهای مختلف، از آزمون آنالیز واریانس استفاده گردید. مقایسه میانگین با استفاده از آزمون توکی (Tukey) انجام گرفت. برای بررسی میزان تمایز درختان مطالعه شده بر اساس شرایط رویشگاهها، از آنالیز تشخیص(Discriminant analysis) استفاده شد. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از نرمافزار ver. 16.0 SPSS انجام پذیرفت.
شکل 1- موقعیت نسبی رویشگاههای مورد مطالعه در گستره جنگلهای هیرکانی
جدول 1- مختصات جغرافیایی رویشگاههای مورد مطالعه
منطقه |
علامت اختصاری |
استان |
شهرستان |
طول جغرافیایی (UTM) |
عرض جغرافیایی (UTM) |
ارتفاع از سطح دریا (متر) |
دلیر |
DA |
مازندران |
چالوس |
4020423 |
508250 |
2200-1900 |
واز |
VZ |
مازندران |
نور |
4020903 |
598624 |
1300 |
چمستان |
CH |
مازندران |
نور |
4039597 |
596412 |
50 |
بندبن |
BA |
مازندران |
سواد کوه |
3985612 |
699525 |
2700-2500 |
ولیک بن |
VB |
مازندران |
ساری |
4000312 |
6952210 |
1350-1200 |
لوه |
LO |
گلستان |
گالیکش |
4130352 |
380406 |
1350-1100 |
نتایج
صفات کمی روزنه برگ: نتایج آنالیز طرح آشیانهای، نشان داد بین جمعیتهای مختلف از نظر صفات طول، عرض و مساحت روزنه تفاوت معنیداری وجود دارد. اثر جمعیت بر روی تراکم روزنه برگ معنیدار نیست (جدول 2) و بیشترین میزان مساحت روزنه مربوط به جمعیت لوه (شرق جنگلهای هیرکانی) و کمترین آن به جمعیت چمستان مربوط است (جدول 3). بررسی همبستگی بین صفات روزنه با مشخصات جغرافیایی رویشگاه نشان داد که با افزایش عرض جغرافیایی و کاهش طول جغرافیایی اندازه روزنه، به ویژه مساحت آن کاهش یافت (جدول 4). تجزیه واریانس به مؤلفههای آن حاکی از سهم بالای «درخت» (65 درصد) و بسیار ناچیز «جمعیت» (47/0 درصد) در ایجاد تفاوت بین پایهها از نظر صفت تراکم روزنه است؛ طوری که برای مساحت روزنه 7/41 درصد واریانس مربوط به سهم جمعیت و 28 درصد واریانس مربوط به درخت مشاهده شد (جدول 5).
جدول 2- آنالیز واریانس صفات مطالعه شده در قالب طرح آشیانهای ( میانگین مربعات)
|
جمعیت |
درخت |
خطا |
قطر بزرگ روزنه |
*7/821 |
*47/86 |
39/4 |
قطر کوچک روزنه |
*1/967 |
*93/39 |
43/2 |
مساحت روزنه |
*1367495 |
*60088 |
3004 |
تراکم روزنه |
ns23/0 |
*043/0 |
0028/0 |
*: در سطح 5 درصد معنیدار است.
جدول 3- مقایسه میانگین صفات روزنه جمعیتهای مطالعه شده
|
دلیر چالوس |
واز نور |
چمستان |
بند بن سوادکوه |
ولیک بن ساری |
لوه گالیکش |
قطر بزرگ روزنه (میکرون) |
ab4/0±1/29 |
ab1/1±92/27 |
b7/0±13/26 |
ab62/0±7/28 |
ab03/1±3/28 |
a53/0±4/30 |
قطر کوچک روزنه (میکرون) |
ab44/0±27/20 |
ab02/1±27/19 |
b33/0±3/18 |
ab44/0±25/20 |
ab38/0±9/18 |
a29/0±61/22 |
مساحت روزنه (میکرومتر مربع) |
b14±461 |
b30±434 |
c9/11±377 |
b8/13±451 |
b17±425 |
a4/14±549 |
تراکم روزنه (تعداد در میکرومتر مربع) |
a02/0±38/0 |
a02/0±28/0 |
a02/0±37/0 |
a02/0±26/0 |
a04/0±31/0 |
a02/0±32/0 |
حروف متفاوت نشاندهندة تفاوت معنیدار بین میانگین دادههاست.
جدول 4- همبستگی (r) بین صفات روزنه با مشخصات جغرافیایی رویشگاه
|
قطر بزرگ روزنه |
قطر کوچک روزنه |
مساحت روزنه |
تراکم روزنه |
ارتفاع از سطح دریا |
52/0 |
38/0 |
39/0 |
43/0- |
طول جغرافیایی |
48/0 |
68/0 |
66/0 |
28/0 |
عرض جغرافیایی |
61/0- |
72/0- |
72/0- |
43/0- |
جدول 5- تجزیه واریانس به مؤلفههای آن و تعیین سهم هر مؤلفه در ایجاد واریانس برای صفات مطالعه شده
|
قطر بزرگ روزنه |
قطر کوچک روزنه |
مساحت روزنه |
تراکم روزنه |
جمعیت |
6/14 |
43 |
7/41 |
47/0 |
درخت |
8/39 |
4/21 |
28 |
5/65 |
خطا |
4/45 |
5/35 |
1/30 |
9/33 |
تیپ روزنه: نتایج نشان داد که در جمعیتهای مورد مطالعه، روزنه تنها در سطح پشتی برگ وجود دارد و سطح رویی آن بدون روزنه است. همچنین، چهار تیپ مختلف روزنه شامل: آنموسیتیک، آنیزوسیتیک، پاراسیتیک و آنموسیتیک با دیواره سلولهای همراه موّاج، شناسایی شدند (شکلهای 2 تا 6).
در تیپ آنموسیتیک (شکل 2)، روزنه توسط تعداد زیادی از سلولهای همراه محصور است، که عموماً با سلولهای اپیدرم تفاوتی را نشان نمیدهند. این تیپ روزنه در برگ تمامی رویشگاههای مورد مطالعه مشاهده گردید.
در تیپ آنیزوسیتیک (شکل 3)، روزنه توسط سه سلول همراه محصور است که یکی از این سلولها از بقیه کوچکتر است. این تیپ روزنه تنها در برگ درختان رویشگاه بندبن مشاهده شد.
در تیپ پاراسیتیک (شکل 4)، روزنه توسط دو سلول همراه محصور است که محور طولی آن موازی با طول روزنه است. این تیپ روزنه در برگ رویشگاههای دلیر، واز، چمستان، بندبن و ولیک بن مشاهده گردید.
در تیپ آنموسیتیک با دیواره سلولهای همراه موّاج (شکل 5) که بر اساس روش Vesque (1889) به تیپ Caryophyllaceous نیز معروف است، دیواره سلولهای همراه آن موّاج است. این تیپ روزنه در برگ رویشگاههای چمستان، واز و ولیک بن (رویشگاههای میانبند) مشاهده شد.
شکل 2- تیپ آنموسیتیک روزنه (A: عکسبرداری با میکروسکوپ نوری، B: شکل شماتیک) |
شکل 3- تیپ آنیزوسیتیک روزنه (:A عکسبرداری با میکروسکوپ نوری، :B شکل شماتیک) |
شکل 4- تیپ پاراسیتیک روزنه (:A عکسبرداری با میکروسکوپ نوری، :B شکل شماتیک) |
شکل 5- روزنه با دیواره موّاج (:A عکسبرداری با میکروسکوپ نوری، :B شکل شماتیک) |
موقعیت قرارگیری روزنه نسبت به سلولهای اپیدرم: بر اساس نتایج عکسبرداری با میکروسکوپ الکترونی، موقعیت قرارگیری روزنه نسبت به سلولهای اپیدرم، بسته به شرایط اقلیمی رویشگاه در سه تیپ متفاوت شناسایی گردید (شکل 6): تیپ اول: روزنه پایینتر از سطح اپیدرم، که مربوط به رویشگاههای دلیر و ارتفاعات فوقانی منطقه هیرکانی (ارتفاع بالاتر از 2000 متر) است. تیپ دوم: روزنه حالت برجسته و بالاتر از سلولهای اپیدرم، که مربوط به رویشگاه لوه (ارتفاع 1100 متر) است و تیپ سوم روزنه همسطح با سلولهای اپیدرمی، که مربوط به رویشگاههای میانی جنگلهای شمال کشور شامل: رویشگاههای ولیک بن، واز، چمستان (ارتفاع 1200 متر) است. شایان ذکر است که توسعه عمقی روزنه و قرارگیری آن در زیر تودهای از سلولهای اپیدرمی مومی شکل مربوط به درختان واقع در منطقه دلیر بوده است (شکل6-A وB).
شکل6- موقعیت قرارگیری روزنه نسبت به سلولهای اپیدرم سطح برگ، عکسبرداری شده با میکروسکوپ الکترونی
(A و B: روزنه پایینتر از سلولهای همراه، C و D: روزنه بالاتر از سلولهای همراه، E و F: روزنه همسطح سلولهای همراه)
برای بررسی میزان مطابقت صفات روزنه بر اساس شرایط رویشگاه از آنالیز تشخیص استفاده شد. نتایج نشان داد که دو تابع اول حاصل از آنالیز تشخیص، 100 درصد واریانس را توجیه نمودهاند. موقعیت قرارگیری روزنه و مساحت روزنه بیشترین همبستگی را به ترتیب با تابع اول و دوم نشان دادهاند (جدول 6). میزان مطابقت آنالیز تشخیص با گروهبندی درختان بر اساس جمعیتها حدود 61 درصد بوده است. پخش پایههای درختی در فضای دو تابع اول که 100 درصد تغییرات را توجیه میکند، درختان رویشگاه لوه و تا حدودی منطقه دلیر را از سایر رویشگاهها به وضوح تفکیک نموده است (شکل 7). علت اصلی این تمایز، شیوة متفاوت قرارگیری روزنه نسبت به سلولهای همراه و مساحت روزنه در دو رویشگاه لوه )شکل6- A و B) و دلیر (شکل6- C و D) نسبت به سایر رویشگاههای تحت مطالعه در این تحقیق است (جدول 6).
محاسبه عدم تشابه بین جمعیتهای مورد بررسی نیز حاکی از وجود بیشترین فاصله بین جمعیت لوه با سایر جمعیتهای تحت بررسی در این تحقیق است (جدول 7).
جدول 6- همبستگی بین صفات مورد مطالعه با توابع اول و دوم حاصل از آنالیز تشخیص
|
تابع اول |
تابع دوم |
موقعیت قرارگیری روزنه |
*93/0 |
34/0- |
تراکم روزنه |
*37/0 |
19/0- |
مساحت روزنه |
22/0 |
*97/0 |
قطر بزرگ روزنه |
04/0 |
*83/0 |
قطر کوچک روزنه |
29/0 |
*69/ |
* : در سطح 5 درصد معنیدار است.
شکل 7- پخش پایههای درختی در فضای محورهای تابع تشخیص L): لوه،D : دلیر، Vaz: واز، CH: چمستان، B: بندبن، V: ولیک بن)
جدول 7- میزان عدم تشابه بین جمعیتهای مورد مطالعه در این تحقیق
|
بندبن |
چمستان |
دلیر |
لوه |
ولیک بن |
واز |
بندبن |
0 |
|
|
|
|
|
چمستان |
88/2 |
0 |
|
|
|
|
دلیر |
73/1 |
5/5 |
0 |
|
|
|
لوه |
37/5 |
02/16 |
34/5 |
0 |
|
|
ولیک بن |
59/2 |
86/3 |
79/1 |
08/10 |
0 |
|
واز |
24/0 |
59/2 |
28/2 |
67/6 |
22/2 |
0 |
بحث
در پژوهش حاضر، چهار نوع روزنه برای Tilia spp. گزارش شد که از جمله اینها، تیپ پاراسیتیک است که به عنوان ابتداییترین نوع روزنه برای گیاهان گلدار، به ویژه دو لپهاییها گزارش شد(Baranova, 1972, 1992). همچنین، Carr و Carr (1990)، Obiremi و Oladele (2001) و Oyeleke و همکاران (2004) بیان نمودند که تعداد بیشتر سلولهای همراه اطراف روزنه، سرعت باز شدن روزنهها را افزایش میدهد. در این ارتباط، گیاهان با تعداد سلولهای بیشتر (مانند تیپ تتراسیکلیک و آنموسیتیک) نقش بیشتری را در کاهش گازهای گلخانهای به ویژه دی اکسیدکربن ایفا میکنند. لذا پژوهشگران توصیه نمودند به علت وجود تغییرات اقلیمی در قرن حاضر، در برنامههای جنگلکاری با گونههای درختی، از گونههایی که دارای تعداد سلولهای همراه بیشتر (subsidiary cells) اطراف روزنه هستند، بیشتر استفاده شود(Oyeleke et al., 2004).
Obiremi و Oladele (2001) و Oyeleke و همکاران (2004) به ترتیب روی گونههای جنس Citrus و برخی از گونههای جنگلکاری شده، ارتباط بین نوع روزنه و میزان تعرق را تأیید نمودند. در هر دو مطالعه، گونههای با تعداد سلولهای همراه بیشتر اطراف روزنه، دارای تعرق بیشتری در مقایسه با گونههای با تعداد سلولهای همراه کمتر، بودند. همچنین، از دیگر مکانیسمهایی که گونههای گیاهی در ارتباط با شرایط رطوبتی رویشگاه کسب میکنند، قرار گرفتن روزنه در سطح بالاتر از سلولهای اپیدرم است (Cutler, 1982). چنین مکانیسمی برای بسیاری از جنسهای گیاهی، از جمله Agave L. (Blunden and Jewers, 1973) و
Dracaena L. (Klimko and Wiland-Szymańska, 2008) نیز گزارش گردید.
در این تحقیق، رویشگاه لوه به دلیل قرار گرفتن در شرقیترین حد پراکنش جنگلهای هیرکانی، دارای بارندگی و رطوبت کمتری در مقایسه با سایر رویشگاههای مورد بررسی است. بنابراین، وجود سلولهای همراه بیشتر اطراف روزنه برگ و قرار گرفتن آن در بالاتر از سطح سلولهای اپیدرم را میتوان به شرایط خشکی این رویشگاه مرتبط دانست. از دیگر جمعیتهایی که دارای روزنهای متفاوت با سایر جمعیتها بوده است، جمعیت دلیر است. روزنه در برگ درختان این جمعیت پایینتر از سطح سلولهای اپیدرم و احاطه شده با انبوهی از لایه کوتیکولی است. لایه کوتیکولی برگ در گیاهان خشکزی، سد اصلی گیاهان در مقابله با هدر رفت آب، حشرات و بیماریهای قارچی و اولین لایه محافظتی در مقابل تشعشعات مضر خورشید است و خواص فیزیکی و شیمیایی آن که تحت تأثیر شرایط اقلیمی رویشگاه بوده، پاسخ گیاه را در مقابل تنشهای محیطی تنظیم میکند (Dodd and Poveda, 2003).
رویشگاه دلیر واقع در ارتفاعات بالابند جنگلهای هیرکانی دارای یک خرد اقلیم منحصر به فرد است، به طوری که در گستره اندکی، تنوع بالایی از گونههای درختی جنگلهای شمال کشور در آن قابل مشاهده است، اما (به استثنای یک توده بسیار کوچک) همانند رویشگاه لوه فاقد گونه راش
(Fagus orientalis Lipsky) به عنوان گونه شاخص مناطق مرطوب میانبند و بالابند جنگلهای هیرکانی است. به نظر میرسد پایین بودن سطح روزنه نسبت به سلولهای اپیدرم و محصور شدن آن توسط یک لایه کوتیکولی ضخیم، مکانیسمی برای سازگاری آن با اقلیم نیمه خشک (با زمستانهای سرد و تابستانهای نسبتاً خشک) و کیفیت متفاوت تابش خورشید در این رویشگاه جهت کاهش میزان تبخیر و تعرق شده است
(Bosabalidis and Kofidis, 2002; Holmes and Keiller, 2002. هر چند وجود تنوع ریختی روزنه در گونههای با پراکنش وسیع از جمله نمدار که از ارتفاعات میان بند تا ارتفاعات فوقانی در جنگلهای شمال ایران به چشم میخورند، قابل انتظار است (Jones and Wilkins, 1971)، لیکن پذیرفتن اینکه تیپ روزنه در یک گونه با تغییر شرایط رویشگاهی تغییر نماید، بسیار مشکل است، چرا که دارای ارزش سیستماتیک بوده (Haron and Moore, 1996)، میتوانند در جداسازی گونههای گیاهی یک جنس استفاده شوند (Baranova, 1992). در واقع، تیپ روزنه در برگ بالغ، نه تنها میتواند به عنوان یک صفت تشخیصی مد نظر قرار گیرد، بلکه در بسیاری موارد میتواند به عنوان شاخصی برای قرابت تاکسونومیک گونههای گیاهی نیز استفاده شود (Van Cotthem, 1970).
نتیجهگیری
بر اساس نتایج، چهار تیپ متفاوت روزنه برای جنس Tilia L. در شمال ایران شناسایی شد که دو تیپ آنیزوسیتیک و پاراسیتک تیپ غالب روزنه برای برگ Tilia spp. در جنگلهای هیرکانی هستند. تیپ روزنه با دیواره موّاج نیز برای درختان واقع در رویشگاههای میانبند مشاهده شد. در ارتباط با موقعیت قرار گرفتن روزنه نسبت به سلولهای اپیدرم، این تحقیق نشان داد که در رویشگاههای واقع در شرق جنگلهای هیرکانی (جمعیت لوه) روزنه بالاتر از سطح سلولهای اپیدرم است، در حالیکه در رویشگاههای واقع در ارتفاعات میانی روزنه همسطح سلولهای اپیدرم و در رویشگاههای بالابند (مانند رویشگاه دلیر) روزنه پایینتر از سطح سلولهای اپیدرم قرار گرفته است. همچنین، با توجه به اینکه تیپ روزنه دارای ارزش سیستماتیک است (Prabhaker, 2004)، امکان مشاهده تنوع جمعیتی تیپ روزنه برای یک گونه بسیار کم است. با توجه به مشاهده تیپهای مختلف روزنه برای
Tilia spp. رویشگاههای مختلف، فرضیه احتمال حضور گونههای مختلف از این جنس در شمال ایران تقویت میگردد.
سپاسگزاری
از آقای مهندس محمدرضا اکبریان و آقای مهندس جواد میرزایی که در شناسایی رویشگاههای مورد مطالعه و جمعآوری نمونهها همکاری داشتهاند، تشکر و قدردانی میشود.