Document Type : Original Article
Authors
Abstract
Keywords
Main Subjects
مقدمه
جهت شناسایی تنوع درون و بین‌گونه‌ای در جمعیت‌های طبیعی گیاهان، مطالعه خصوصیات مورفولوژیک برگ یکی از ابزارهای کارآمد است (Bacon and Spellenberg, 1996) که به طور حتم برای تأیید نتایج حاصل از چنین تحقیقاتی استفاده از مطالعات مولکولی ضروری است (Crawford et al., 1993; Reiseberg and Ellstrand, 1993; Viscosi et al., 2009). شایان ذکر است که انجام مطالعات مورفولوژیک در شرایط یکسان محیطی در قالب آزمون‌های نتاج (Progeny Trials) نیز نتایج قانع‌کننده‌‌‌‌‌‌‌‌ای را فراهم می‌سازد. با وجود این ، این گونه مطالعات در مورد گونه‌های درختی محدودیت‌های فراوانی درپی خواهد داشت؛ چرا که در گونه‌های درختی رسیدن به بلوغ، سالیان زیادی به طول می‌انجامد و در چنین شرایطی این گونه مطالعات تنها بر روی نهال‌های جوان امکان‌پذیر خواهد بود. به همین سبب، پیشنهاد می‌شود که خصوصیات موروفولوژیک در جمعیت‌های طبیعی و بر روی درختان بالغ با احتیاط مطالعه شود. البته، وجود شرایط ناهمگن اکولوژیک و حضور گونه‌های رقیب برای درختان، از محدودیت‌های قابل ذکر در این روش است (Heredia et al., 2009). در تحقیق حاضر، تنوع مورفولوژیک برگ در بین 3 جمعیت مجزا و طبیعی بلوط بلند مازو
(Q. castaneifolia) و 1 جمعیت بلوط اوری
(Q. macranthera) بررسی شد. با فرض احتمال حضور فنوتیپ‌های حدواسط (هیبرید) در رویشگاه‌های مشترک که برای گونه‌های بلوط دور از انتظار نیست (Valbuena-Carabana et al., 2005)، جمعیت سوم و چهارم در ارتفاعات بالابند جنگل‌های خزری متشکل از گونه بلند مازو و اوری طوری انتخاب شدند که با یکدیگر از لحاظ رویشگاه همپوشانی (Overlap) داشته باشند.
لذا هدف نهایی در پژوهش حاضر، برآورد سطح تنوع برگ در بین جمعیت‌های این دو گونه است که در پایان قادر به ارائه پاسخ منطقی در مورد سؤال‌های ذیل باشد:
1- جمعیت‌های مورد بررسی از گونه بلوط بلند مازو و اوری از لحاظ کدام یک از خصوصیات مورفولوژیک برگ قابل تفکیک هستند؟
2- با توجه به خصوصیات مورفولوژیک برگ، آیا امکان حضور هیبرید بین گونه‌ای در جمعیت‌های مورد بررسی محتمل است؟
مواد و روش‌ها
به منظور انجام این تحقیق، نمونه‌برداری از برگ درختان بلوط در 3 جمعیت از گونه بلند مازو و یک جمعیت از گونه اوری (جدول 1) در اواخر مهر ماه که اندام‌های رویشی (برگ) درختان بلوط دوره رشد خود را کامل کرده، به ابعاد نهایی خود می‌رسند (کفاش شب‌بو، 1387) انجام شد. از هر جمعیت 20 درخت بالغ، سالم و شاداب با قطر متوسط انتخاب و تعدادی برگ از تمامی جهات جمع‌آوری شد. سپس از هر درخت 10 برگ به صورت کاملاً تصادفی انتخاب شد (Bruschi et al., 2003; Yousefzadeh et al., 2010; Zarafshar et al., 2010) و در مجموع شاخص‌های مورفولوژیک مناسب ((طول برگ (LL)، حداکثر پهنای برگ (MW)، عرض برگ در 50% طول (W1)، عرض برگ در 90% طول (W2)، عمق لوب حداکثر (MLL)، عمق سینوس زیر لوب حداکثر (MSD)، موقعیت عرض حداکثر (PMW)) که در شناسایی هیبریدهای جنس بلوط مورد تأکید محققان است (Heredia et al., 2009)، روی 800 برگ از 4 جمعیت مورد بررسی، اندازه‌گیری شد (شکل 1). پس از جمع‌آوری اطلاعات، با استفاده از نرم‌افزار آماری MINITAB و در قالب یک طرح آماری آشیانه‌ای (Nested ANOVA) تجریه و تحلیل آماری داده‌ها انجام شد. همچنین، به منظور کاهش حجم اطلاعات با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS نسخه 16، آنالیز مؤلفه‌های اصلی (PCA) استفاده گردید. شناسایی مهمترین صفات مورفولوژیک تفکیک‌کننده در جمعیت‌ها نیز با استفاده از آنالیز تشخیص (Descriminant analysis) انجام شد (بخشی، 1388).
جدول 1- ویژگی مناطق مورد بررسی
|
تیپ گیاهی |
طول و عرض جغرافیایی |
ارتفاع از سطح دریا (m) |
جمعیت |
|
|
بلوط ممرزستان |
36˚22΄23΄΄ 53˚13΄53΄΄ |
36˚23΄03΄΄ E 53˚07΄56΄΄ N |
100 |
جمعیت اول |
|
راش ممرزستان |
53˚37΄40΄΄ 36˚27΄ 30΄΄ |
52˚50΄20΄΄ E 36˚00΄00΄΄ N |
400 |
جمعیت دوم |
|
بلوط اوری همراه کرکو |
53°37́́ 40΄΄ 36˚ 09΄40΄΄ |
53˚31΄30΄΄ E 36˚12΄00΄΄ N |
2000 |
جمعیت سوم جمعیت چهارم |
|
شکل 1- شاخص‌های مورفولوژیک اندازه‌گیری شده: طول برگ (LL)، حداکثر پهنای برگ (MW)، عرض برگ در 50% طول (W1)، عرض برگ در 90% طول (W2)، عمق لوب حداکثر (MLL)، عمق سینوس زیر لوب حداکثر (MSD)، موقعیت عرض حداکثر (PMW). |
نتایج
مقایسه میانگین داده‌ها با استفاده از روش دانکن نشان داد که در اکثر صفات مورد مطالعه توده‌های بلوط اوری نسبت به توده‌های بلوط بلند مازو با مبدأ ارتفاعات پایین‌تر، دارای کمترین مقدار هستند این در حالی است که از لحاظ صفات طول برگ، حداکثر عرض برگ، عمق سینوس زیر لوب بزرگ و فاصله از قاعده تا محل حداکثر عرض بین دو جمعیت اوری و بلند مازو در ارتفاع 2000 متری هیچ اختلاف معنی‌دار آماری دیده نشد.
گونه‌های اوری به همراه جمعیت دوم از بلند مازو در صفت عرض برگ در 90 درصد طول مقادیر بالاتری را نشان می‌دهند. جمعیت بلند مازو در ارتفاع 2000 متر (جمعیت سوم) در اکثر صفات در مقایسه با جمعیت‌های اول و دوم در ارتفاعات پایین‌تر دارای کمترین مقادیر است. البته، از لحاظ عرض برگ در 50 درصد طول برگ بین سه جمعیت یاد شده تفاوتی مشاهده نمی‌شود (شکل 2).
نتایج آنالیز واریانس با استفاده از طرح آشیانه‌ای نیز گویای آن است که تمامی شاخص‌های مورد مطالعه بین چهار جمعیت بلوط از لحاظ آماری دارای اختلاف معنی‌دار هستند (جدول 2).
ارزیابی درصد ضریب تغییرات (CV) به طور آشکار نشان می‌دهد که جمعیت سوم در اکثر صفات دارای حداکثر تغییرات است (شکل 3).
البته، محاسبه ضریب همبستگی پیرسون در رابطه با سه جمعیت بلند مازو نیز نشان می‌دهد که با افزایش ارتفاع از سطح دریا اکثر صفات مربوط به ابعاد برگ کاهش می‌یابد (جدول 3).
نتایج آنالیز مؤلفه‌های اصلی نشان می‌دهد که سه مؤلفه اول 87 درصد واریانس‌ها را به خود اختصاص داده‌اند (جدول 4) که سهم محور اول 14/46%، سهم محور دوم 93/24% و سهم محور سوم 64/15% بوده است. در مؤلفه اول، بیشترین سهم واریانس‌ها به صفات طول برگ، حداکثر پهنای برگ، عمق سینوس زیر لوب حداکثر مربوط است و در مقابل، در مؤلفه دوم صفات عرض برگ در 90% طول آن و فاصله قاعده برگ تا حداکثر عرض دارای بیشترین سهم واریانس هستند (جدول 5).
شکل 2- مقایسه میانگین داده‌ها با استفاده از روش دانکن
شکل 3- ضریب تغییرات صفات مورد مطالعه در چهار جمعیت مورد بررسی
جدول 2- نتایج آنالیز واریانس با طرح آشیانه‌ای (طول برگ (LL)، حداکثر پهنای برگ (MW)، عرض برگ در 50% طول (W1)، عرض برگ در 90% طول (W2)، عمق لوب حداکثر (MLL)، عمق سینوس زیر لوب حداکثر (MSD)، موقعیت عرض حداکثر (PMW))
|
|
F |
|||||||
|
LL |
MW |
W1 |
W2 |
MLL |
MSD |
PMW |
||
|
صفات تغییرات |
||||||||
|
جمعیت |
* 64/478 |
* 42/490 |
* 512/98 |
* 324/646 |
* 28/422 |
* 08/527 |
* 439/61 |
|
|
درخت (جمعیت) |
* 31/82 |
* 48/65 |
* 63/19 |
* 37/418 |
* 37/62 |
* 50/23 |
* 52/15 |
|
جدول 3- ضریب همبستگی پیرسون در بین چهار جعیت مورد بررسی (طول برگ (LL)، حداکثر پهنای برگ (MW)، عرض برگ در 50% طول (W1)، عرض برگ در 90% طول (W2)، عمق لوب حداکثر (MLL)، عمق سینوس زیر لوب حداکثر (MSD)، موقعیت عرض حداکثر (PMW))
|
صفات |
LL |
MW |
W1 |
W2 |
MLL |
MSD |
PMW |
|
ضریب همبستگی |
** 703/0- |
** 565/0- |
** 572/0- |
0 |
** 564/0- |
** 582/0- |
** 53/0- |
|
P |
0 |
0 |
0 |
407/0 |
0 |
0 |
0 |
|
تعداد |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
جدول 4- درصد واریانس اختصاص یافته به مؤلفه‌های اصلی
|
درصد واریانس تجمعی |
درصد واریانس |
مقادیر ویژه |
محور |
|
143/46 |
143/46 |
23/3 |
1 |
|
081/71 |
938/24 |
746/1 |
2 |
|
726/86 |
645/15 |
095/1 |
3 |
|
966/97 |
24/11 |
787/0 |
4 |
|
621/99 |
655/1 |
116/0 |
5 |
|
100 |
379/0 |
027/0 |
6 |
|
100 |
0 |
0 |
7 |
جدول 5- ریشه مخفی صفات در مؤلفه‌های اصلی
|
بردارهای ویژه |
|
|||||
|
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
صفات |
|
6831/0 |
131/0 |
347/0 |
1892/0- |
2735/0- |
4725/0 |
طول برگ |
|
2908/0 |
05747/0- |
2050/0- |
0615/0- |
2102/0- |
5115/0- |
حداکثر پهنای برگ |
|
01941/0- |
5699/0 |
2556/0 |
3336/0 |
4386/0- |
3742/0- |
عرض برگ در 50%طول برگ |
|
2786/0- |
1172/0 |
346/0 |
7801/0- |
2663/0 |
1846/0- |
عرض برگ در 90% طول برگ |
|
1366/0- |
2814/0 |
7489/0- |
3546/0- |
3468/0- |
2497/0 |
عمق بزرگترین لوب |
|
5247/0- |
3997/0- |
1802/0 |
2073/0 |
1/0- |
5232/0 |
عمق سینوس زیر بزرگترین لوب |
|
1915/0 |
2741/0 |
2434/0- |
02681/0 |
6982/0 |
066/0 |
فاصله پهن ترین قسمت برگ از قاعده برگ |
از آن جایی که دو محور اول دارای درصد قابل توجیهی از واریانس‌های توجیحی بودند (حدود 71 درصد) نمودار پراکنش پایه‌های درختی بر روی صفحه مختصات با استفاده از این دو محور انجام شد، که نتایج حاصل از آن نشان می‌دهد که فقط بر اساس محور اول جمعیت اوری به طور واضح در گروهی کاملاً مجزا قابل تفکیک است. البته، چندین پایه از جمعیت دوم نیز در این دسته قرار گرفته‌اند (شکل 4).صحت گروه‌بندی پایه‌های هر جمعیت بر اساس آنالیز تشخیص نیز تا
80 درصد نتایج گروه‌بندی هر جمعیت را تأیید کرد که در این میان 100 درصد گروه‌بندی جمعیت اوری قابل توجه بوده است (جدول 6). برگ‌های هتروفیلی مربوط به این 4 جمعیت در شکل 5 آمده است.
جدول 6- صحت گروه‌بندی پایه‌ها با استفاده از آنالیز تشخیص
|
گروه |
تعداد در هر گروه |
|
درصد کل |
|||
|
|
|
1 |
2 |
3 |
3 |
|
|
1 |
20 |
15 |
5 |
0 |
0 |
75 |
|
2 |
20 |
5 |
12 |
3 |
0 |
60 |
|
3 |
20 |
1 |
1 |
17 |
1 |
85 |
|
4 |
20 |
0 |
0 |
0 |
20 |
100 |
|
واقعی |
|
|
|
|
|
80% |
شکل 4- پخش پایه‌های درختی مورد مطالعه از چهار جمعیت، در فضای محور اول و دوم مستخرج از آنالیز مؤلفه‌های اصلی؛ واحد ارتفاع در هر رویشگاه، متر از سطح دریاست.
شکل5- تنوع برگ و برگ‌های هتروفیلی در گونه‌های مورد مطالعه در جمعیت‌های مختلف (جمعیت 1:گونه بلند مازو: ارتفاع 100 متری، جمعیت 2: گونه بلند مازو: ارتفاع 400 متری، جمعیت3: گونه بلند مازو: ارتفاع 2000متری، جمعیت 4: گونه اوری: ارتفاع 2000متری)
بحث و نتیجه‌گیری
به عقیده گیاه‌شناسان، برگ‌های هتروفیلی مهمترین عامل وجود ابهام در شناسایی گونه‌های بلوط است که این موضوع در معرفی گونه‌های بلوط خزری نیز کاملاً مشهود است. ثابتی )1381) چهار گونه
Q. petraea (Matt.) Liebl.، Q. Castaneifolia،
Q. macranthera وQ. atropatena O.Schwars & Hess را برای جنگل‌های خزری گزارش کرده در حالی که مظفریان (1383) حضور
Q. atropatena را تأیید نکرده است. در تحقیق حاضر و در یک مقیاس کوچک، تنوع برگ در جمعیت‌های طبیعی دو گونه بلوط بلند مازو و اوری بررسی گردید که نتایج حاصل حاکی از تفکیک جمعیت دو گونه مذکور از لحاظ صفات موفولوژیک برگ است. که در این راستا صفات طول برگ، حداکثر پهنای برگ، عمق سینوس زیر لوب حداکثر و فاصله قاعده برگ تا حداکثر عرض از مهمترین صفات تشخیصی بین این دو جمعیت است. در تحقیق مشابهی که Kremer و همکاران (2002) برای شناسایی گونهQ. Petraeaو Q. robur انجام دادند، صفات طول برگ، رگبرگ‌بندی برگ و خصوصیات کرک، بیشترین سهم را در تفکیک این دو گونه به خود اختصاص دادند. در تحقیق دیگر viscosi و همکاران (2009) خصوصیات مورفولوژیک چهار گونه بلوط را ارزیابی کردند که نتایج نشان داد خصوصیات کرک به خوبی قادر به تفکیک گونهQ. robur از دو گونه Q. pubescens و
Q. pyrenaica بوده و صفات شکل پهنک برگ، عمق لوبها، طول پهنک برگ، فاصله قاعده برگ تا حداکثر عرض و عرض لوبها نیز قادر به تفکیک
Q. pyrenaica از سایر گونه‌هاست (Viscosi et al., 2009).
یافته‌های این تحقیق علی‌رغم تأیید تنوع برگ در بین جمعیت‌های گونه بلند مازو، گویای آن است که با افزایش ارتفاع از سطح دریا، برگ‌های کوچک‌تر، مهمترین استراتژی این گونه برای سازگار شدن با محیط اطراف است؛ چرا که با افزایش ارتفاع از سطح دریا شرایط اکولوژیک، ادافیکی، اقلیمی و نحوه تابش خورشید تغییر می‌کند (Greeske et al., 1994; Lomolino, 2001; Wang et al., 2003; Korner, 2007) و درختان به ناچار در راستای فرآیند سازگاری (Adaptation) در خصوصیات موروفولوژیک و فیزیولوژیک خود تنوع ایجاد می‌کنند (Langlet, 1971; Turesson, 1992; Velázquez-Rosas et al., 2002). بنابراین، طی این فرآیند بلوط بلند مازو در ارتفاع 2000 متر، شباهت بیشتری را از لحاظ خصوصیات مورفولوژیک به گونه بلوط اوری نشان می‌دهد. تغییرات محیطی به همراه تغییرات ژنتیکی همواره دو عامل کلیدی در ایجاد هیبریدهای بین گونه‌ای محسوب می‌شوند (Petit et al., 2001) بنابراین، با توجه به پراکنش وسیع بلوط بلند مازو و تفاوت در شیب اکولوژیک موجود در این رویشگاه‌ها، همچنین تلاقی رویشگاه‌های این گونه با بلوط اوری، حضور فنوتیپ‌های حدواسط دور از انتظار نیست. پخش پایه‌های درختی در فضای دو محور اول استخراج شده از آنالیز مؤلفه‌های اصلی (شکل 3) نیز نشان می‌دهد که تعدادی از پایه‌های بلوط اوری شباهت زیادی را به گونه بلند مازو نشان می‌دهند و در بین جمعیت‌های این دو گونه قرار گرفته‌اند. در تحقیق مشابهی که بر روی چهار گونه بلوط و هیبریدهای آنها با استفاده از نشانگرهای مورفولوژیک و ژنتیکی انجام شد، تمامی هیبریدها صفات متوسطی از والدین خود را نشان داده، در فضای دو محور حاصل از آنالیز مؤلفه‌های اصلی، بین پایه‌های مادری قرار گرفتند (Viscosi et al., 2009). بنابراین، شاید بتوان پایه‌های واقع شده در بین این دو جمعیت را نیز هیبریدهای محتمل این دو گونه قلمداد کرد؛ گرچه اظهار نظر قطعی در این زمینه مستلزم استفاده از نشانگرهای مولکولی است، زیرا هیبریدها ترکیبی از فنوتیپ والدین خود، با خصوصیات متوسط آنها هستند و از نظر ژنوتیپی همگن نبوده و ترکیب ناهمگنی از ژنوتیپ پایه‌های مادری خود را دارا هستند. که این امر شناسایی آنها را حتی با استفاده از نشانگرهای ژنتیکی دچار مشکل می‌سازد (Viscosi et al., 2009). استفاده از میانگین صفات نیز می‌تواند یکی از مشکلات استفاده از صفات مورفولوژیک در شناسایی هیبریدها باشد که می‌تواند به اشتباه باعث نشان دادن متوسط صفات هیبریدها نسبت به والدین آنها شود که استفاده از تعداد نمونه‌های بیشتر در جمعیت‌های بزرگتر می‌تواند این مشکل را حل کرد.
)