نویسندگان
گروه زیستشناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Cynodon dactylon is a perennial herb which has economical and industrial importance and widely used as warm-season turf and forage grass in the temperate and tropical regions. The taxonomic and cytological status of this species is not well documented. In this study, the cytological characteristics of 10 samples collected from different regions of Iran were analysed. Two ploidy levels: tri and tetraploid were counted from the root tips as 2n=3x=27 and 2n=4x=36 with a basic chromosome number of x=9. The karyotypes and the chromosomal parameters showed a nearly symmetrical karyotypes. The presence of triploid populations indicated that the probable existence of the diploid populations in this region hybridized with tetraploid individuals in the past to produce triploids that subsequently stabilized by vegetative reproduction (rhizome).
کلیدواژهها [English]
مقدمه
جنسCynodon Rich. با گونههای علفی پایا، متعلق به طایفه Chlorideae Kunth و خانواده Poaceae است. این جنس در مناطق حارّهای و نیمهحارّهای پراکنش یافته (Willis, 1973) و گیاهان متعلق به آن به طور گسترده به عنوان چمن در منازل، پارکهای عمومی، زمینهای گلف و میدانهای ورزشی استفاده میشوند (Zhang et al., 1999). جنس Cynodon بیشترین میزان رشد را در خاک گلدانی با pH حدود 6-7 و زهکشی کافی دارد و قادر به رشد در دامنه وسیعی از شرایط خاکی است (Casler and Duncan, 2003) و به طور استثنایی گرما را نسبت به بقیه علفها بهخوبی تحمل میکند، ولی عموماً به شرایط سایه (McBee and Holt, 1966) و درجه حرارت پایین حساس است (White and Schmidt, 1989).
در طبقهبندی تاکسونومیک ارائه شده توسط Harlan و همکاران (b1970)، جنس Cynodon به 9 گونه و 10 واریته تقسیمبندی شد. طبقهبندی Royal Botanic Gardens در سال 1999، تعداد گونههای این جنس را با حذف Cynodon x magennisii Hurcombe به 8 عدد کاهش داد (Bethel, 2005).
عدد پایه کروموزومی گزارش شده برای جنس Cynodon، 9=x است و در منابع مختلف، سطوح پلوئیدی متنوعی از جمله دیپلوئید، تریپلوئید، تتراپلوئید، پنتاپلوئید و حتی هگزاپلوئید گزارش شده است (de Silva and Snaydon, 1995; Rao and Mwasumbi, 1981; Kang et al., 2008)؛ اگر چه بیش از 81 درصد گیاهان متعلق به این جنس تتراپلوئید هستند (Kang et al., 2008).
برمودا گرس (Bermuda grass) نام متعارفی است که به برخی از گونههای جنس Cynodon اتلاق میشود (Bethel, 2005). در بین تاکسونهای این جنس،
Cynodon dactylon (L.) Pers. var. dactylon
(common bermuda grass) انتشار جهانی دارد (Harlan et al., 1970a; de Wet and Harlan, 1971) و در تمام کشورها و جزایر با عرض جغرافیایی بین 45 درجه شمالی و 45 درجه جنوبی دیده میشود و تا عرض 53 درجه شمالی در اروپا نفوذ کرده است (Harlan and de Wet, 1969; Taliaferro, 1995; Wu et al., 2004). دو گونه با بیشترین اهمیت اقتصادی، صنعتی و علمی در این جنس C. dactylon (L.) pers.و
C. transvaalensis Burtt Davy هستند (Bethel, 2005). این دو گونه توسط Bor (1970) و مبین (1354) در ایران گزارش شدند.
گونه Cynodon dactylon نخستین بار توسط Linnaeus (1753) با نام Panicum dactylon L. معرفی شد و توسط Persoon (1805) به جنس مونوتیپیک Cynodon با ترکیب نام گونهای جدید Cynodon dactylon (L.) Pers. منتقل گردید. منشأ این گونه را به خاورمیانه نسبت میدهند (Etemadi et al., 2006) و مرکز تنوعیابی برخی از نژادهای این گونه را ترکیه، ایران، افغانستان و غرب پاکستان میدانند (Harlan and de Wet, 1969; Harlan, 1970). اهمیت زیاد این گونه به خاطر نقش اقتصادی آن به عنوان چمن تزیینی، علوفه دام، حفاظت خاک و جلوگیری از فرسایش آن و همچنین ماهیت هرز بودن آن در زمینهای زراعی است (Rozhevits and Shishkin, 1934; Bor, 1968). تاکنون گستره شگفتانگیزی از عدد کروموزومی در پایگاه اطلاعاتی
IPCN (Index to Plant Chromosome Numbers)
برای گونه C. dactylon در نظر گرفته شده است. سطوح پلوئیدی گزارش شده برای این گونه شامل دیپلوئید (18=n2 برای 9=x) و تتراپلوئید (36=n2 برای 9=x و 40=n2 برای 10=x) است (de Silva and Snaydon, 1995) و گزارشهایی دال بر مشاهده 1 تا 3 کروموزوم B در برخی از جمعیتها وجود دارد (Tripathi et al., 1977). علاوه بر موارد ذکر شده، عدد پایه 18 و همچنین 54، 27=n2 نیز برای این گونه گزارش شده است (Goldblatt and Johnson, 1979). جمعیتهای تریپلوئید معمولاً در طبیعت وجود ندارند که این میتواند ناشی از وقوع به شدت پایین لقاح میان دیپلوئیدها و تتراپلوئیدها و یا مزیت انتخابی پایین تریپلوئیدها باشد. این گونه به طور معمول دارای 36=x4=n2 کروموزوم است. به نظر میرسد برخی از جمعیتهای متعلق به این گونه آنیوپلوئید باشند، اما این حالت احتمالاً به علت شمارش نادرستی که به وسیله روی هم افتادگی کروموزومها ایجاد شده است، به نمایش گذاشته میشود (de Silva and Snaydon, 1995).
از آنجایی که کروموزومهای این گونه کوچک هستند و قطعات متلاشی شده به طور معمول در آمادهسازیهای نوک ریشه به وجود میآیند، برخی از تنوعات مشاهده شده در تعداد کروموزومها میتواند ناشی از ایرادات تکنیکی باشد (Burton, 1947; Hurcombe, 1947)؛ اگرچه به نظر میرسد تفاوتهای واقعی در تعداد کروموزومها در این گونه وجود دارد و این تنوع میتواند در ارتباط با شرایط اکولوژیک باشد. تحقیقات نشان میدهد که سطوح پلوئیدی گونه
C. dactylonدر ارتباط با pH خاک است. تنها جمعیتهای دیپلوئید در خاکهای خیلی اسیدی )5(pH< و جمعیتهای تتراپلوئید در خاکهای غیر اسیدی )5/6(pH> وجود دارند و جمعیتهای دیپلوئید و تتراپلوئید این گونه، بومی مناطقی با pH برابر 5-5/6 هستند (de Silva and Snaydon, 1995).
سیتولوژی گونه C. dactylon به علت اهمیت و کاربرد ویژه این گونه از دیر باز مورد توجه بوده و با توجه به حضور این گونه در ایران و فقدان گزارش کروموزومی در مورد این گونه در کشور، در این پژوهش وضعیت کروموزومی و تنوعات کاریوتیپی احتمالی میان جمعیتها بررسی شده است.
مواد و روشها
به منظور بررسی سیتوتاکسونومی گونه
C. dactylon، تعداد 10 جمعیت که از مناطق مختلف ایران جمعآوری شده بود، مطالعه گردیدند (جدول 1). به منظور مشاهده تقسیم میتوز از روش له کردن بافت مریستمی انتهای ریشه (squash method) استفاده شد. از هر جمعیت، قطعاتی از ریزوم جمعآوری شده از طبیعت را درون نایلون رنگی قرار داده و میزان رطوبت کافی در حدود 90 درصد در اختیار آن قرار گرفت. در نایلونها را به طور محکم بسته و در مکان نیمه تاریک قرار داده شدند. پس از گذشت 4-7 روز، ریزومها در محل گرهها شروع به جوانهزنی کردند. در مرحله بعد ریشههایی را که به اندازه 2-5/3 سانتیمتر رشد نمودند، جدا کرده، مراحل تثبیت و تهیه اسلاید به شرح زیر انجام شد:
به منظور مطالعه میتوز در سلولهای در حال تقسیم، لازم است فعالیت رشتههای دوک مختل گردد و از حرکت کروموزومها به قطبین سلول جلوگیری شود. در این صورت کروموزومها در صفحه متافازی باقی مانده، مناسبترین شرایط را برای مطالعه خواهند داشت. در این مطالعه، از پیشتیمار آلفا- برومونفتالین یک درصد استفاده گردید. ریشهها پس از جدا شدن به مدت 4-5 ساعت در لولههای آزمایش محتوی آلفا-برومونفتالین درون یخچال قرار داده شدند. پس از مرحله پیشتیمار، نمونهها به مدت 10 دقیقه در داخل آب مقطر قرار داده شدند تا برای مرحله تثبیت آماده شوند. برای تثبیت نمونهها، از محلول لویتسکی حاوی کرومیک اسید یک درصد و فرمالدئید 10 درصد به نسبت مساوی استفاده شد. نمونهها در داخل این محلول به مدت 24-36 ساعت و در دمای یخچال نگهداری شدند (Sharma and Sharma, 1999).
به منظور نگهداری ریشهها به مدت طولانی از الکل اتیلیک 70 درصد استفاده شد؛ بدین ترتیب که ریشهها پس از خروج از محلول تثبیتکننده، ابتدا به مدت 3 ساعت با آب جاری شستشو داده شده، پس از خشک کردن با کاغذ صافی، بلافاصله در الکل اتیلیک 70 درصد قرار داده شدند. چنانچه نیاز به نگهداری نمونهها نباشد میتوان این مرحله را حذف و بلافاصله پس از مرحله تثبیت، نمونهها را بررسی کرد.
برای هیدرولیز و نرم کردن بافت نمونهها به منظور دستیابی به سلولهای منفرد و بهبود عمل رنگآمیزی، ریشهها به مدت 20 دقیقه در محلول سود (NaOH) یک نرمال در بنماری 60 درجه سانتیگراد نگهداری شد. به منظور رنگآمیزی کروموزومهای ریشه و مطالعه شکل و ساختمان کروموزومها برای مطالعه میکروسکوپی، نمونهها به مدت نیم ساعت در داخل آب مقطر شستشو شدند و سپس ریشهها در داخل شیشههای حاوی هماتوکسیلین به مدت 24 ساعت در بنماری 30 درجه قرار گرفتند.
به منظور بهبود مطالعات میکروسکوپی، از روش له کردن آنزیمی استفاده شد. در این روش ابتدا ریشهها دو بار و هر بار به مدت 10 دقیقه در محلول بافر آنزیم قرار داده شدند و سپس در حدود 10-15 دقیقه در دمای 37 درجه در آنزیم سلولاز-پکتیناز قرار گرفتند. سپس به منظور مطالعات میکروسکوپی، قسمت بالای کلاهک ریشهها (سلولهای مریستمی) جدا و به همراه یک قطره استیک اسید به روی لام منتقل شد. در این مرحله سعی شد تا حد امکان سلولهای مریستمی از هم جدا شوند. سپس با گذاشتن لامل بر روی سلولها و فشار ملایم انگشت شست، عمل له کردن سلولها صورت گرفت و سپس سلولها در زیر میکروسکوپ مطالعه شدند (Agayev, 1996).
در این تحقیق، جهت بررسی نمونهها در مرحله متافاز از عکسبرداری با عدسی 100 میکروسکوپ Olympus Bx40 استفاده شد و تهیه کاریوتیپ و اندازهگیری هر یک از بازوهای کروموزومی، به ترتیب با استفاده از نرمافزار Photoshop و Image tool صورت گرفت. سپس دستهبندی کروموزومها بر اساس طرح Levan و همکاران (1965) انجام شد.
در کلیه جمعیتهایی که مورد مطالعه سیتولوژی قرار گرفتند، طول کل کروموزوم، طول بازوی کوتاه و بلند و طول نسبی کروموزوم اندازهگیری شد و پس از ثبت اطلاعات، میزان TF% (شکل کلی کاریوتیپ) و S% (درصد بازوی کوتاه) به عنوان شاخص تقارن برای جمعیتها محاسبه گردید (Huziwara, 1962; Stebbins, 1971). همچنین میانگین طول کروموزومها±انحراف معیار (MCL±SE) و ضریب تنوعپذیری (C.V) برای این گونه محاسبه شد (جدول 1). نحوه محاسبات از طریق فرمولهای زیر است:
TF% = × 100
S% = × 100
انحراف معیار=
ضریب تنوعپذیری =
جدول 1- تحلیل کاریوتیپ جمعیتهای مختلف گونه C. dactylon
شماره جمعیت |
S% |
TF% |
MCL |
2n |
فرمول کاریوتیپی |
محل جمعآوری |
C1C.d- |
23/53 |
7/40 |
06/3 |
36 |
sm2+m7 |
اصفهان، دانشگاه اصفهان |
C6C.d- |
84/55 |
63/43 |
86/2 |
36 |
sm1+m7+M1 |
اصفهان، 35 کیلومتری جنوب نطنز، مراتع یحییآباد |
C16C.d- |
07/59 |
85/39 |
76/2 |
36 |
sm3+m6 |
مرکزی، جاده ملایر- اراک، 6 کیلومتری مهاجران |
W29C.d- |
39/56 |
21/43 |
03/3 |
36 |
sm1+m8 |
لرستان، خرمآباد |
NW33C.d- |
72/50 |
6/43 |
77/3 |
27 |
m9 |
آذربایجان غربی، سردشت |
E53C.d- |
44/58 |
46/43 |
15/3 |
36 |
sm1+m8 |
سیستان و بلوچستان، زاهدان |
N58C.d- |
4/43 |
72/43 |
25/3 |
36 |
sm1+m6+M2 |
مازندران، جاده تنکابن- کلاردشت، اول کلاردشت |
N60C.d- |
59/57 |
17/45 |
57/2 |
36 |
m8+M1 |
گیلان، لنگرود |
C61C.d- |
02/48 |
85/45 |
49/6 |
36 |
m8+M1 |
چهار محال و بختیاری، شهرکرد، بخش بن، روستای وردنجان |
C62C.d- |
91/61 |
64/43 |
3 |
36 |
sm1+m7+M1 |
اصفهان، 5 کیلومتر مانده به زرینشهر از سمت شهرکرد |
مشاهدات
مشاهدات حاصل از مطالعات سیتولوژی 10 جمعیت متعلق به گونه C. dactylon نشاندهنده این مطلب است که اغلب جمعیتهای مطالعه شده (9 جمعیت) دارای سطح تتراپلوئید با عدد کروموزومی 36=n2 و جمعیت شماره 33 دارای سطح تریپلوئید با عدد کروموزومی 27=n2 است و عدد پایه کروموزومی کلیه جمعیتها 9=x است. در بررسیها مشخص شد که کروموزومها در گونه C. dactylon از نوع متاسانتریک M) و (m و سابمتاسانتریک (sm) هستند و کروموزوم از نوع تلوسانتریک (t) و سابتلوسانتریک (st) در این گونه وجود ندارد. میزان انحراف معیار، ضریب تنوعپذیری (C.V) و MCL±SE این گونه به ترتیب مقادیر 14/1، 33/0 و 14/1±39/3 است. ماهواره در جمعیتهای مطالعه شده دیده نشد. پهنه میتوزی و کاریوتیپ مربوط به جمعیت های مختلف گونه C. dactylon در شکلهای 1 و 2 نشان داده شده است.
بحث و نتیجهگیری
شمارش کروموزومی جمعیتهای مختلف گونه
C. dactylon در ایران نشاندهنده دو سطح پلوئیدی تری و تتراپلوئید با عدد پایه کروموزومی 9=x است و کاریوتیپ این گونه با توجه به مشاهدات و تحلیلهای انجام شده و محاسبه میزان TF% و S%، نسبتاً متقارن است و گرایشی به سوی نامتقارن بودن از طریق واژگونیهای پریسانتریک و جابهجایی نابرابر قسمتهایی از بازوهای کروموزومی ندارد. علاوه بر این، عدم حضور کروموزومهای تلوسانتریک و سابتلوسانتریک در گونه C. dactylon حاکی از وقوع به شدت پایین تغییرات ساختمانی کروموزومها، از جمله حذف و واژگونی در این گونه است. کاریوتیپهای متقارن، کروموزومهای بلندتر نسبت به کروموزومهای کوتاهتر و دارای سانترومر میانی و یا نسبتاً میانی با بازوهای مساوی، کروموزومهای ابتداییتر در نظر گرفته میشوند (Sharma, 1990). از آنجایی که ایران به عنوان یکی از مراکز پیدایش و تنوع یابی گونه C. dactylon معرفی شده است، میتوان نتیجهگیری کرد که جمعیتهای متعلق به این گونه در ایران، جمعیتهای ابتدایی و اجدادی محسوب میشوند.
وجود جمعیت تریپلوئید گونه C. dactylon که در نتیجه لقاح میان افراد دیپلوئید و تتراپلوئید به وجود آمده است، بر وجود احتمالی افراد دیپلوئید در منطقه مورد نظر و یا وقوع لقاح میان افراد دیپلوئید و تتراپلوئید این گونه در گذشته و حفظ افراد تریپلوئید از طریق تکثیر رویشی دلالت دارد. با توجه به تتراپلوئید بودن اکثر جمعیتهای متعلق به این گونه و تریپلوئید بودن تنها یک جمعیت، میتوان نتیجه گرفت که این گونه به طور معمول دارای 36=x4=n2 کروموزوم است و از استقرار احتمالی یک یا تعداد محدودی سیتوتیپ این گونه در ایران حکایت دارد.
A |
||
B |
||
C |
||
D |
||
E |
||
شکل 1- کاریوتیپ و پهنه میتوزی جمعیتهای مختلف گونه C. dactylon.A : جمعیت 1، B: جمعیت 6، C: جمعیت 16، |
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
||
G |
||
H |
||
I |
||
J |
||
شکل 2- کاریوتیپ و پهنه میتوزی جمعیتهای مختلف گونه C. dactylon. F: جمعیت 53، G: جمعیت 58، H: جمعیت 60، |
|