غلظت سیلیسیم در گياه
نتايج تجزيه بافت تعدادى از ژنوتيپ های گياهى نشان داد كه غلظت سيليسيم بسته به گونه گياه بين ١ تا ١٠٠ گرم در كيلوگرم وزن خشک گياه متغير است. مقايسه غلظت سيليسیم در گياه با غلظت برخى عناصر غذايى نظير فسفر، نيتروژن و كلسيم نشان می دهد كه غلظت سيليسيم در گياه مشابه غلظت عناصر بر مصرف مى باشد.
گياهان سيليسيم را به شكل اسيدمنوسيليسيک (يا اسيد ارتوسيليسيک H4SiO4) از محلول خاک جذب مى كنند. بيشترين جذب سيليسيم در نيشكر (٣۰۰ تا ۷۰۰ كيلوگرم سيليسيم در هكتار)، برنج (١۵۰ تا ۳۰۰ كيلوگرم سيليسيم در هكتار) و گندم (۵۰ تا ۱۵۰ كيلو گرم سيليسيم در هكتار) ديده شده است. گياهان به طور ميانگين ۵۰ تا ٢٠٠ كيلوگرم سيليسيم در هكتار جذب مى كنند.
شكل هاى سيليسيم در گياهان
به طور كلى گياهان سيليسيم را به شكل اسيد منوسيلسيک يا آنيون آن جذب مى كنند.
سيليسيم در گياه از طريق آوند چوبى و با جريان تعرق از ريشه به شاخساره منتقل مى شود.
اسيد منوسيلسيک محلول ممكن است به طور غير فعال از غشاء سلولى عبور كند. انتقال فعال اسيد منوسيلسيک در گياهان كمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. اسيد منوسيلسيک پس از جذب توسط ريشه به سرعت از طريق تعرق به برگهاي گياه منتقل مى شود. سيليسيم در بافت هاى اپيدرمى به صورت يک غشاء نازک سيليسيم-سلولز تجمع يافته و با پكتين و يون هاى كلسيم همراه مى باشد. تشكيل لايه دوگانه كوتيكولى سيليسيم دار مى تواند گياه را در برابر تنش هاى مكانيكى محافظت كند. با افزايش غلظت سيليسيم شيره گياه، اسيد منوسيليسيک پليمريزه مشود. سيليسيم پليمريزه شده از لحاظ شيميايى به شكل ژل سيليسيم يا سنگ عين الشمس (سيليسيم بى شكل) بوده كه توسط تعدادى از مولكول هاى آب، آبپوشانى شده است. گياهان ساختارهاى غنی از سيليسيم با ابعاد نانومتر و بزرگ تر تولید می‌کنند. حدود ۹۰ درصد سیلیسیم جذب شده توسط گیاه به شکل سنگ های گیاهی یا ساختارهای سیلیسیم-سلولز منتقل می شوند.
تركيب شيميايى سنگ هاى گياهى (ذرات جامد SiO2) در يولاف شامل ۸۲ – ۸۶ درصد سيليسيم بى شكل و مقادير مختلفى از عناصر سديم، پتاسيم، كلسيم و آهن مى باشد.
سنگ هاى گياهى تنوع بسيارى داشته و يک گياه مى تواند شكل هاى مختلفى از اين سنگ ها را توليد كند. تغيير در تغذيه سيليسيم در گياه بر شكل سنگ های گياهى تأثير دارد.
واكنش هاى بيوشيميايى سيليسيم
تركيبات سيليسيم محلول به ويژه غلظت اسيد منوسيليسيک و اسيد پلى سيليسيک، بر بسيارى از ويژگى هاى شيميايى و فيزيكى خاک اثر دارند. اسيدمنوسيليسيک داراى فعاليت شيميايى بالايى مى باشد. اسيدمنوسيليسيک مى تواند با آلومينيوم، آهن و منگنز واكنش داده و سيليكات هايى با حلاليت كم توليد کند.
اسيد منوسيليسيک در شرايط مختلف با برخى فلزات سنگين نظير كادميم، سرب و جيوه تركيب مى شود. اگر غلظت اسيد منوسيلسيک كم باشد، كمپلكس هاى محلول اسيد منوسيليسيک فلز تشكيل مى شود. در شرايطى كه غلظت اسيد منوسيليسيک در سيستم زياد باشد، سيليكات هاى فلزى از حلاليت كمترى برخوردار هستند.
سيليسيم ممكن است نقش شاخص و عمده اى در كاهش اثرهاى زيانبار آلومينيوم بر سيستم هاى زيستی داشته باشد. سيليسيم سبب كاهش سميت آلومينيوم در گياهان مختلف شده است. مهم ترين سازوكار كاهش سميت آلومينيوم توسط سيليسيم ناشی از تشكيل كمپلكس هاى آلومينوسيليكات غير سمى مى باشد. آنيون اسيد منوسيليسيك [Si(OH)٣)]
مى تواند جايگزين آنيون فسفات ۲-[HPO۴] موجود در فسفات هاى كلسيم، منيزيم، آلومينيوم و آهن شود. سيليسيم همچنين ممكن است جايگزين فسفات موجود در مولكول هاى RNA و DNA شود. در نتیجه، تغذیه صحیح سیلیسیم جهت افزایش پایداری و ثبات مولکول های DNA و RNA ضروری است.
سیلیسیم همچنین سبب افزایش غلظت کلروفیل در واحد سطح برگ می شود. افزایش غلظت كلروفيل برگ، توانايى گياه براى استفاده موثرتر از نور زياد شده و می تواند شدت هاى زياد و كم نور را بهتر تحمل كند. به علاوه، كاربرد سيليسيم محلول جهت توليد غلظت هاى بالاتر آنزيم ريبولوز بيس فسفات كربوكسيلاز در برگ لازم است. اين آنزيم سوخت وساز CO2 را تنظيم كرده و در نتيجه، كارايى تثبيت دى اكسيد كرين توسط گياهان را افزايش مى دهد. اثر مثبت كودهاى سيليسيم دار در افزايش مقدار قند در چغندر قند و نيشكر احتمالاً ناشی از اثرهاى بيوشيميايى سيليسيم بر گياه مى باشد.
بهبود وضعيت تغذيه اى سيليسيم در پرتقال موجب افزايش معنی دار قند ميوه شد. بررسی هاى كمى در مورد نقش اسيدپبلى سيليسيک و سنگ هاى سيليسيم در گياهان انجام شده است. با وجود بررسی هاى متعدد و مشاهده اثرهاى مفيد سيليسيم و جذب زياد اين عنصر توسط گياهان، هنوز شواهدى مبنی بر اينكه سيليسيم به طور مستقيم در سوخت و ساز گياهان عالى نقش داشته باشد وجود ندارد.
تأثير سيليسيم در تنش هاى زيستی
سيليسيم از بسيارى از بيمارى هاى گياهى و خسارت ناشی از حملات حشرات جلوگيرى مى كند. تأثير احتمالى اين عنصر در افزايش تحمل گياه در برابر آفات و بيمارى ها ناشی از تجمع سيليسيم در بافت اپيدرمى و فعال شدن سيستم دفاعى در برابر عوامل بيماری زا مى باشد. اسيد منوسيليسيک در گياه ابتدا به شكل اسيد پلى سيليسيک پليمريزه شده و سپس به سيليسيم بى شكل تبديل مى شود. اسيد پلى سيليسيک پليمريزه شده غشاى نازكى از سيليسيم-سلولز را تشكيل داده و مى تواند با پكتين و كلسيم همراه باشد. در اين صورت يک لايه دوگانه كوتيكولى، گياه را در برابر تنش هاى مختلف محافظت كرده و مقاومت مكانيكى گياه را زياد مى كند.
سيليسيم همچنين ممكن است در ديواره سلولى سلول هاى اپيدرمى با تركيبات آلى كمپلكس تشكيل داده و از اين طريق از تخريب ديواره سلولى توسط آنزيم هاى ترشح شده توسط قارچ بلاست برنج جلوگيرى كند. سيليسيم به تشكيل كمپلكس هاى ليگنين-كربوهيدرات در سلول هاى اپيدرمى ديواره سلولى برنج كمک مى كند.
نتايج برخى پژوهش ها نشان مى دهد كه سيليسيم در گياهان يک عامل فعال كننده است. در واقع اين عنصر ممكن است به عنوان علامتی براى فعال كردن پاسخ هاى دفاعى در برابر بيمارى هاى گياهى عمل كند. افزايش فعاليت آنزيم كيتيناز توسط سيليسيم به اثبات رسيده است. سيليسيم همچنين فعال شدن آنزيم هاى پراكسيداز و پلى فنوكسيداز در حضور عوامل بيمارى زاى قارچی را تسريع مى كند.
تأثير سيليسيم در تنش هاى غير زيستی
ذخائر سيليسيم در ديواره سلولى آوندهاى آبكش، از چروكيده شدن آوندها در شرايط تبخير و تعرق زياد كه در هنگام خشكى و يا تنش هاى گرمايى ايجاد مى شود جلوگيرى مى كند. غشاء سيليسيم-سلولز در بافت هاى اپیدرمى از خروج بيش از حد آب از گياه در اثر تعرق جلوگيرى مى كند. اين عمل به سبب كاهش قطر روزنه ها و به دنبال آن، كاهش تعرق برگ صورت مى پذيرد.
بررسی برهمكنش بين اسيد منوسيليسيک و برخى فلزات نظير آلومينيوم و منگنز در خاک به شناخت بهتر سازوكارهاى تأثير سيليسيم در كاهش سميت فلزات سنگین در گياهان كمك مى كند. سيليسيم ممكن است اثرهاى منفى تنش شورى بر گياهان را كم كند. تأثير مثبت سيليسيم در كاهش اثرهاى مضر تنشهاى غيرزيستی در گياهان ناشی از عوامل مختلفى است از جمله: بهبود فعاليت فتوسنتتيک، افزايش نسبت انتخابگری K/Na، افزایش فعالیت آنزیمی و افزایش غلظت ترکیبات محلول در آوند آبکش که جذب
سديم توسط گياهان را كاهش مى دهد. تغذيه صحيح سيليسيم مى تواند موجب افزايش تحمل گياهان به يخبندان و سرما شود. اگرچه سازوكارهاى موثر در اين زمينه به طور كامل شناخته نشده است.
تأثير سيليسيم بر رشد و نمو ريشه
تغذيه سيليسيم در حد مناسب و بهينه موجب افزايش زيست توده و حجم ريشه ها مى شود. در نتيجه، سطح جذب كننده عناصر از محيط افزايش مى يابد. با كاربرد كودهاى سيليسيم دار در جو ۲۰ و ۳۰ روزه، وزن خشک گياه به ترتيب ٢١ و ۵۲ درصد در مقايسه با گياهانى كه سيليسيم دريافت نكرده بودند افزايش يافت. سيليسيم تنفس ريشه را افزايش می دهد. نتيجه پژوهشی با مركبات ثابت كرد كه با افزايش غلظت اسيد منوسيليسيک در آب آبيارى، وزن ريشه بيشتر از شاخساره افزايش يافت. كاربرد سيليسيم تأثير مشابهى بر باهياگراس نيز داشته است.
تأثير سيليسيم بر تشكيل ميوه
سیليسيم نقش مهمى در تشكيل پوسته برنج و بهبود كيفيت دانه دارد. پوسته دانه هاى سفید شیری با كيفيت نامطلوب سيليسيم كمترى دارند. غلظت سيليسيم پوسته برنج ارتباط نزديكى باغلظت اين عنصر در كاه دارد. دانه هاى جو برداشت شده از منطقه اى كه كود سيليسيم دريافت كرده بود داراى پتانسيل جوانه زنى بهترى نسبت به دانه هايى بود كه در خاک فقير از سيليسيم رشد كرده بودند.
كمبود سيليسيم تأثير منفى بر گلدهى گوجه فرنگى داشت. كاربرد كودهاى سيليسيم دار، رشد مركبات را ۳۰ تا ۸۰ درصد تسريع كرد. همچنين رسيدگى ميوه ٢ تا ۴ هفته زودتر صورت گرفته و تعداد ميوه افزايش پيدا كرد. كاربرد سيليسيم در ذرت نيز موجب تسريع
رسيدگى گياه شد.
تأثير سيليسيم بر عملكرد محصول
نتايج برخى پژوهش هاى مزرعه اى كه در شرايط اقليمى و در خاكهاى متفاوت با گياهان مختلف انجام شده حاكى از فوايد مصرف كودهاى سيليسيم دار بر كميت و كيفيت محصول است.
كودهاى سيليسيم دار
اگرچه سيليسيم عنصرى است كه مقدار آن در خاک بسيار زياد است، اما براى این كه تركيبی به عنوان كود استفاده شود بايد حاوى غلظت به نسبت بالايى از اين عنصر بوده، به اندازه كافی سیليسيم محلول در اختيار گياه قرار دهد و از نظر اقتصادى مقرون به صرفه باشد. علاوه بر این، كود مورد استفاده بايد از ويژگی هاى فيزيكى مناسبی برخوردار باشد تا براحتی ذخيره و مصرف شود. همچنين كود بايد عارى از تركيبات آلاينده باشد. بقاياى گياهى به ویژه گياهان ذخيره كننده سيليسيم مانند برنج، به عنوان منبع اين عنصر استفاده مى شود. در صورت در دسترس بودن اين بقايا نبايد از آنها به عنوان تنها منبع سيليسيم استفاده كرد به اين دليل كه نياز گياهان به سيليسيم اغلب بيش از مقدار سيليسيمى است كه از طريق اين بقايا به خاک اضافه مى شود.
مواد معدنى نظير كوارتز، رس ها و فلدسپارها هرچند از نظر سيليسيم غنی هستند اما به دليل حلاليت كم، نمى توان از آنها به عنوان كود سيليسيم استفاده كرد. سيليكات كلسيم به عنوان كود سيليسيم در سطح وسيع مورد استفاده قرار گرفته است. اين تركيب اغلب به عنوان محصول جانبی كارخانجات صنعتی مانند صنايع توليد استيل و كارخانجات فسفات توليد مى شود.
سيليكات پتاسيم بسيار گران بوده و حلاليت بسيار زيادى دارد و مى توان در سيستم هاى آبكشت از آن استفاده كرد. ساير تركيبات تجارى كه به عنوان كود سيليسيم استفاده مى شوند عبارتند از: سيليكات كلسيم آبدار، ژل سيليسيم و ترموفسفات.
منبع: کتاب نقش عناصر معدنی در گیاهان/ نویسنده: دکتر رقیه حاجی بلند
تهیه و تنظیم: سارا قنبرپور
