دانشگاه آزاد اسلامی

واحد دامغان

دانشکده کشاورزی

 پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی کشاورزی

گرایش زراعت

 عنوان

اثر تنش خشکی و تراکم بوته بر برخی ویژگی‌های کمی و کیفی دو توده محلی سیر در سمنان

استاد راهنما

دکتر محمد کافی

استاد مشاور

دکتر شهرام رضوان بیدختی

 
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
تنش‌های محیطی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده الگوی پراکنش گیاهی در سطح جهان می‌باشد و تنش خشکی نیز به سهم خود تعیین‌کننده بخشی از این پراکنش است. سیر گیاهی ا‌ست که از قرن‌ها پیش اهمیت ویژه‌ای را از لحاظ غذایی و دارویی در زندگی انسان‌ها دارا بوده است. شناخت پارامتر‌های فیزیولوژیکی اکوتیپ‌های مختلف سیر در شرایط تنش خشکی در تراکم‌های مختلف کاشت می‌تواند محققین را در انتخاب بهترین و متحمل‌ترین اکوتیپ و تراکم مطلوب و امکان سنجش پاسخ این گیاه به تنش‌ها یاری نماید. در این راستا آزمایشی بر روی دو اکوتیپ سیر به صورت اسپلیت-فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های‌ کامل تصادفی با ۳ تکرار در شرایط اقلیمی سمنان انجام شد. در این آزمایش ۳ سطح تنش خشکی براساس ۶۰ و ۸۰ درصد نیاز آبی سیر و به همراه تیمار شاهد (۱۰۰ درصد نیاز آبی)، به عنوان عامل اصلی و ترکیب فاکتوریل از تراکم در ۳ سطح ( ۳۰ – ۴۰ و ۵۰ بوته در متر‌مربع) و اکوتیپ در ۲ سطح طرود و طبس به عنوان عوامل فرعی در نظر گرفته شدند. برای محاسبه نیاز آبی سیر، از پارامتر‌های هواشناسی روزانه ثبت شده ایستگاه سینوپتیک سمنان استفاده و نیاز آبی بر پایه دستورالعمل محاسبه آب مورد نیاز گیاهان فائو-۵۶ تعیین شد. نتایج نشان داد که با اعمال و تشدید تنش خشکی، حداکثر شاخص سطح برگ، حداکثر تجمع ماده خشک، حداکثر سرعت رشد محصول، حداکثر سرعت اسیمیلاسیون خالص، محتوی نسبی آب برگ، عملکرد، درصد ماده خشک، وزن تر و وزن خشک سوخ، قطر سوخ و طول سوخ، وزن ترو وزن خشک سیر‌چه، قطر سیر‌چه و طول سیر‌چه به‌طور معنی‌داری نسبت به شرایط آبیاری ۱۰۰ درصد نیاز آبی کاهش یافتند. محتوی کاروتنوئید و تعداد سیر‌چه در سوخ نیز با اعمال تنش خشکی در سطح ۸۰ درصد نیاز آبی، نسبت به شرایط آبیاری ۱۰۰ درصد نیاز آبی، کاهش معنی‌داری نشان نداد اما تشدید تنش در سطح ۶۰ درصد نیاز آبی، کاهش معنی‌داری نسبت به دو سطح دیگر آبیاری ایجاد نمود. با اعمال تنش افزایش معنی‌داری در مقادیر قند‌های محلول و آنتی‌اکسیدان غیر آنزیمی مشاهده گردید. اکوتیپ طرود به طور معنی‌داری از لحاظ صفاتی همچون ارتفاع بوته، جداکثر سرعت رشد محصول، حداکثر سرعت رشد نسبی، آنتی‌اکسیدان غیر آنزیمی برگ، وزن تر و خشک سیر‌چه وطول سیر‌چه دارای مقادیر بالاتری نسبت به اکوتیپ طبس بود. در مقابل صفاتی چون تعداد برگ، حداکثر تجمع ماده خشک، کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل، کاروتنوئید، محتوی نسبی آب و تعداد سیر‌چه در سوخ در اکوتیپ طبس به طور معنی‌داری بیشتر از اکوتیپ طرود بود. اما در مجموع اکوتیپ بر عملکرد و درصد ماده خشک اثر معنی‌داری نداشت و می‌توان نتیجه گرفت که دو اکوتیپ در رابطه با حصول عملکرد بالاتر دارای برتری نسبت به یکدیگر نبودند. با توجه به افزایش مقدار آنتی‌اکسیدان غیر آنزیمی در اکوتیپ طرود در مواجه با تنش خشکی، این اکوتیپ در رابطه با ایجاد مکانیسم تحمل در برابر تنش، نسبت به اکوتیپ طبس موفق‌تر بوده است. در مقابل با توجه به معنی‌دار نبودن اثر متقابل تنش خشکی و اکوتیپ بر عملکرد نهایی سوخ، می‌توان چنین دریافت که هر دو اکوتیپ در برابر تنش خشکی در رابطه با حصول عملکرد، نسبت به یکدیگر برتری نداشته و روندی نسبتا یکسان داشتند. تراکم کاشت ۳۰ بوته در متر‌مربع بیشترین حداکثر سرعت اسیمیلاسیون خالص را ایجاد نمود و سپس با افزایش تراکم کاشت کاهش معنی‌داری در رابطه با این صفت مشاهده شد در حالیکه تراکم کاشت ۵۰ بوته در متر‌مربع بیشترین مقدار شاخص سطح برگ و حداکثر تجمع ماده خشک را در بر داشت و با کاهش تراکم، این صفات نیز دچار کاهش معنی‌داری گردید. تراکم کاشت بر کلیه صفات مربوط به اجزای عملکرد غیر معنی‌دار بود اما اثر معنی‌داری بر عملکرد داشت و با افزایش تراکم کاشت به ۵۰ بوته در متر‌مربع، عملکرد سوخ افزایش معنی‌داری نسبت به دو تراکم کاشت دیگر نشان داد. با توجه به کاهش معنی‌دار عملکرد و بسیاری از پارامتر‌های اندازه‌گیری شده تحت تاثیر تنش خشکی، میتوان دریافت که برای حصول عملکردی مناسب در رابطه با گیاه سیر، باید از مواجه این گیاه با تنش خشکی اجتناب نمود و تراکم ۵۰ بوته در متر‌مربع با توجه به پاسخ مناسب سیر و کسب عملکرد بالاتر نسبت به دو تراکم کاشت دیگر، به عنوان تراکم مطلوب شناخته شد.
 واژه‌های کلیدی:
آنتی‌اکسیدان، تراکم، تنش خشکی، سیر، قند محلول، محتوی نسبی آب
۱-۱-       اهمیت مطالعه تنش خشکی
تنش‌های محیطی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده الگوی پراکنش گیاهی در سطح جهان می‌باشند و تنش خشکی نیز به سهم خود تعیین‌کننده بخشی از این پراکنش است (کافی و همکاران، ۱۳۸۸الف). جمعیت جهان، با سرعت نگران‌کننده‌ای در حال افزایش است، از طرف دیگر به علت وجود تنش‌های غیر زنده متعددی تولید و فراهم کردن غذا در حال کاهش می‌باشد؛ در این صورت هرگونه کاهشی در تولید محصول و فراهم‌آوری غذا با توجه به روند افزایش جمعیت جهان، به علت پاسخگو نبودن نیاز غذایی نگران‌کننده می‌باشد.
رشد و باروری گیاهان، بطور منفی تحت تاثیر ناملایمات طبیعی در قالب عوامل تنش‌زای زنده و غیر‌زنده قرار می‌گیرد. تنش‌های غیر‌زنده هرساله باعث از دست رفتن هزینه‌های هنگفتی به علت کاهش تولید و نقصان محصول می‌شود. در واقع، این تنش‌ها ثبات و پایداری کشاورزی را تهدید می‌کنند (ماهاجان و توتجا[۱]، ۲۰۰۵). تنش خشکی مهم‌ترین عامل محیطی محدود‌کننده رشد و نمو گیاهان در سرتاسر دنیا می‌باشد، بطوری‌ که کاهش رشد در اثر تنش خشکی به مراتب بیشتر از سایر تنش‌های محیطی است (ویسی‌پور و همکاران، ۱۳۹۰).
نزولات آسمانی در ایران با متوسط ۲۴۰ میلی‌متر، از یک سوم میزان نزولات سالانه جهانی (۷۰۰میلی‌متر) کمتر می‌باشد و ایران دارای اقلیم خشک و نیمه خشک است (باقری و همکاران، ۱۳۸۸). در محیط‌های خشک، نیاز اتمسفری تبخیر و تعرق بیشتر بوده و برای تولید یک واحد ماده خشک، گیاه ناگزیر به از دست دادن آب بیشتری است (وفا‌بخش و همکاران، ۱۳۸۸) و عملکرد محصول به طور قابل ملاحظه‌ای در اثر تنش خشکی کاهش می‌یابد (اشرف[۲]، ۲۰۱۰). تنش خشکی شدید، رشد گیاهان را از طریق اثر‌گذاری بر فرایند‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی، همچون فتوسنتز، تنفس، انتقال، جذب یونی، کربوهیدرات‌ها، متابولیسم کاهش می‌دهد (جلال و همکاران[۳]، ۲۰۱۲). پاسخ به شرایط کمبود آب به گونه و رقم گیاهی، طول و مدت تنش خشکی، سن و مرحله نموی گیاه، نوع سلول و اندام گیاهی و اجزاء زیر سلولی و به ساختار آن بستگی دارد (بری[۴]، ۱۹۹۷و لویت[۵]، _a1980).
از آنجا که بیشتر گزارشات مربوط به تغییرات اقلیمی، حاکی از افزایش خشکی در بسیاری از مناطق جهان می‌باشد (هاوتون و همکاران[۶]، ۲۰۰۱)، بررسی پاسخ‌های رفتاری رشد و فیزیولوژیکی گیاهان به تنش خشکی و مکانیزم‌های ایجاد مقاومت و مطالعه اثرات تنش بر عملکرد و اجزای آن در گیاهان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد.
۱-۲-       اهمیت مطالعه تراکم کاشت
تراکم بوته یکی از عواملی است که تاثیر بسزایی بر عملکرد دارد، به طوریکه درتراکم مطلوب، عوامل محیطی مثل آب، هوا، نور وخاک به نحو مناسب‌تری در اختیار گیاه قرار می‌گیرند و در عین حال رقابت‌های بین بوته‌ای به کمترین میزان می‌رسد (خواجه‌پور، ۱۳۸۸). خصوصیات ساختمانی و پوشش گیاهی با جذب تشعشع در ارتباط است و نقش تعیین‌ کننده‌ای در عملکرد گیاه دارد (کوچکی و سرمدنیا، ۱۳۹۰). در گیاهان یک ‌ساله دلیل اصلی کاهش عملکرد، رشد رویشی ضعیف و درنتیجه سطح برگ کم در ابتدای فصل رشد می‌باشد و در این حالت بیشتر تشعشع خورشیدی توسط زمین جذب شده و غیر قابل استفاده می‌ماند، بنابراین در چنین شرایطی افزایش تراکم گیاهان ممکن است به جذب بیشتر تشعشع خورشیدی بخصوص در مراحل اولیه رشد کمک کند (امیر‌مرادی و رضوانی‌مقدم، ۱۳۹۰). کارایی جذب انرژی تابشی که بر روی سطح یک محصول می‌تابد نیاز به سطح برگ کافی و توزیع یکنواخت آن دارد به طوریکه سطح زمین را کاملا بپوشاند. این هدف با تغییر تراکم بوته‌ها و آرایش مناسب بوته روی سطح خاک میسر است، همچنین با افزایش جمعیت گیاهی، شدت نور در پوشش کاهش یافته و این عمل باعث کاهش بیوماس گیاه می‌شود (رزمی، ۱۳۸۹). با توجه به رقابتی که بین گیاهان در تراکم‌های مختلف کاشت برای جذب نور و مواد غذایی ایجاد می‌شود، فواصل کاشت می‌تواند اثر قابل توجهی در عملکرد محصول بگذارد (میر‌شکاری و مبشر، ۱۳۸۵).
در زراعت تک کشتی تراکم بهینه یکی از عوامل موفقیت در تولید می‌باشد. اگر میزان تراکم بوته بیش از حدِ بهینه باشد عوامل محیطی موجود از جمله رطوبت، نور و مواد غذایی در حد بهینه در اختیار هر بوته قرار نمی‌گیرد و برعکس چنانچه تراکم بوته کمتر از حد مطلوب باشد از امکانات محیطی موجود به نحو مطلوب استفاده نمی‌شود که خود باعث کاهش محصول می‌گردد (امیر‌مرادی و رضوانی‌مقدم، ۱۳۹۰). از این رو تعیین تراکم مطلوب که منجر به حصول سطح برگ مناسب و عملکرد بالاتر می‌گردد، حائز اهمیت می‌باشد.
۱-۳-       اهمیت مطالعه سیر در ایران
جنس آلیوم [۷] شامل بیش از ۷۰۰ گونه می‌باشد که از تعداد زیادی گیاهان چند‌ساله با اندام‌های ذخیره‌ای زیر‌زمینی تشکیل شده است. یکی از مراکز اصلی تکامل جنس آلیوم در منطقه ایران و تورانی می‌باشد (کافی و همکاران، ۱۳۹۰). ایران از لحاظ کشت و مصرف سیر قدمت طولانی دارد (بقالیان و همکاران، ۱۳۸۳). این گیاه هم در صنایع غذایی به عنوان چاشنی و افزودنی، هم به عنوان سبزی و هم به عنوان گیاه دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به اثرات سوء ناشی از مصرف داروهای شیمیایی در سال‌های اخیر توجه زیادی به کشت گیاهان دارویی شده که با افزایش مصرف آن‌ها نیاز به توسعه کشت، مدیریت و برنامه‌ریزی صحیح می‌باشد (امیر‌مرادی و رضوانی مقدم، ۱۳۹۰). سیر[۸] گیاهی ا‌ست که قرن‌ها اهمیت ویژه‌ای را از لحاظ غذایی و دارویی در زندگی انسان‌ها دارا بوده است و بر اساس خصوصیات و اثرات متفاوت آن، به عنوان یک ماده غذایی بازدارنده از بیماری‌ها در نظر گرفته می‌شود. از جمله اثرات درمانی آن می‌توان به خصوصیات ضد‌انعقاد خون، ضد‌فشار خون، ضد‌میکروبی، پایین‌آورنده قند خون اشاره کرد (بوزین و همکاران[۹]، ۲۰۰۸). از دیگر خواص دارویی آن می‌توان عرق‌آور، خلط‌آور، ضد‌اسپاسم، ضد‌عفونی‌کننده، ضد‌ویروس را نام برد (نیوال و همکاران[۱۰]، ۱۹۹۶). سیر گیاهی یک‌ساله است که می‌تواند ارتفاعی تا ۷۵-۹۰ سانتی‌متر داشته باشد و در مناطق خشک و معتدل و در فصل زمستان‌ رشد می‌کند (بیدشکی و آروین[۱۱]، ۲۰۱۰). سیر گیاهی ا‌ست که مقاومت زیادی به سرما داشته و می‌تواند دوره‌های طولانی سرمای زیر صفر را تحمل کند، به همین دلیل در مناطق معتدله کشت پاییزه این محصول متداول بوده و حتی گزارش‌هایی مبنی بر بیشتر بودن عملکرد کشت پاییزه سیر نسبت به کشت بهاره در این مناطق ارائه شده است (اورلوسکی و همکاران[۱۲]، ۱۹۹۴).
یک سیرچه با وزنی در حدود ۳ تا ۴ گرم به طور متوسط حاوی یک گرم کربوهیدرات، ۲/۰ گرم پروتئین، ۰۵/۰ گرم فیبر، ۰۱/۰ گرم چربی، ویتامین‌های A ,B1 ,B2 ,B3 ,C و آب می‌باشد. تمام اثر بخشی یا خاصیت دارویی سیر به ترکیبات متعدد گوگردی در آن بستگی دارد و میزان این مواد در ارقام و اکوتیپ‌های سیر علاوه بر ویژگی‌های ژنتیکی رقم به شرایط آب و هوایی بستگی دارد (رحمانی‌قبادی، ۱۳۷۹). سیر گیاهی‌ست عقیم و به‌طور طبیعی فقط از راه غیر‌جنسی، یعنی کشت سیر‌چه‌ها (حبه‌ها)، قابل تکثیر می‌باشد. کشت و تکثیر متوالی این گیاه در نقاط مختلف جهان و در طی سالیان متمادی باعث پیدایش اکوتیپ‌های متعددی شده است که از لحاظ موفولوژیکی و بیوشیمیایی تفاوت‌های قابل توجهی دارند. از این تنوع می‌توان جهت انتخاب و اصلاح ارقامی با توانایی بهینه و متناسب با نیاز‌های صنعتی و محیطی بهره جست (بقالیان و همکاران، ۱۳۸۳). افزایش در عملکرد و بهبود کیفیت سوخ‌های سیر معمولا به عوامل متعددی وابسته است که از طریق مرحله رشد، بهبود عوامل زراعی به‌خصوص به‌کارگیری مقادیر مطلوب مواد مغذی و مقادیر رطوبت خاک بر رشد گیاه موثر می‌باشد (السیداحمد و همکاران[۱۳]، ۲۰۰۹).
گزارشات متعددی وجود دارد که نشان‌دهنده ارتباط مستقیم بین عملکرد و مشخصات سوخ و رطوبت قابل دسترس برای گیاه می‌باشد (هانسون و همکاران[۱۴]، _a2003؛ ارتگا و همکاران[۱۵]، ۲۰۰۴).
سیر در مراحل میانی و نهایی رشد حساس به کمبود آب است (هانسون و همکاران[۱۶]، _b2003). یکی از مشکلاتی که کشاورزان در برخی از مناطق در رابطه با زراعت سیر با آن مواجه هستند، راندمان تولید و عملکرد بسیار پایین آن می‌باشد. انتخاب اندازه نا‌مناسب سیرچه‌ها و نا‌مرغوب بودن آن‌ها برای کاشت باعث تولید سوخ‌هایی با اندازه‌های غیر‌یکنواخت می‌شود که بازار پسندی لازم را جهت صادرات ندارند (نصرتی، ۱۳۸۳). از عوامل مهم و اثر‌گذار بر روی اندازه سوخ‌ها و یکنواختی آن‌ها، تراکم مطلوب در کاشت می‌باشد.
۱-۴-       اهداف تحقیق
هدف از این تحقیق، بررسی تنش خشکی و تراکم کاشت بر صفات کمی و کیفی دو اکوتیپ سیر طبس و طرود بوده است. دو اکوتیپ مختلف سیر تحت تاثیر سطوح مختلف تنش خشکی و تراکم‌های متفاوت کاشت از لحاظ عملکرد و اجزای آن با یکدیگر مقایسه شدند. از اهداف دیگر این طرح می‌توان به شناسایی و بررسی تغییرات برخی ویژگی‌های مورفولوژیکی و آنالیزهای رشدی دو اکوتیپ گیاه سیر در تراکم‌های مختلف کاشت و تحت تاثیر تنش خشکی اشاره کرد. مطالعه تاثیر تنش برمکانیسم‌های ایجاد تحمل و تجمع برخی اسمولیت‌ها و اندازه‌گیری برخی پارامتر‌های فیزیولوژیکی و انتخاب اکوتیپ متحمل به تنش خشکی، از اهداف دیگر این آزمایش بود. در زمینه شناسایی صفات اگروفیزیولوژیکی موثر در افزایش عملکرد سیر تحقیقات گسترده‌ای صورت نگرفته و کارهای انجام شده عمدتاً در ارتباط با محصولات زراعی بوده است. بنابراین به نظر می‌رسد بررسی صفات فیزیولوژیک و شاخص‌های رشدی همراه با مطالعه عملکرد در استفاده آگاهانه از این صفات در گیاه سیر به منظور افزایش عملکرد می‌تواند بسیار موثر باشد.
۲-    مروری بر تحقیقات انجام شده
۲-۱-       تنش خشکی
تأثیر تنش بر گیاه به عوامل محیطی و توانایی زیستی گیاه مورد نظر در محیط‌های نامناسب بستگی دارد. به همین دلیل تعریف شرایط محیطی تنش‌زا از گیاهی به گیاه دیگر متفاوت است (تایز و زایگر[۱۷]، ۱۹۹۱). کرامر[۱۸](۱۹۸۳)، تنش خشکی را کمبود نزولات در محیط رشدگیاه تعریف می‌کند که بر اثر آن گیاه آسیب می‌بیند و میزان این آسیب بستگی به نوع گیاه، ظرفیت نگهداری آب در خاک و شرایط جوی مؤثر بر تبخیر و تعرق دارد. به‌طور کلی کمبود آب زمانی رخ می‌دهد که تعادل بین عرضه و تقاضای آب در گیاه وجود نداشته باشد (بلوم[۱۹]، ۱۹۸۹). به عبارتی دیگر خشکی هنگامی ایجاد می‌شود که مجموعه‌ای از عوامل فیزیکی و محیطی، فراهمی آب در محیط ریشه یا ساختار گیاه را کاهش داده و در نتیجه میزان محصول را کاهش می‌دهند. مقدار و شدت خسارت بر رشد و نمو گیاه زراعی در هر مرحله‌ای از زندگی گیاه تاثیر‌گذار است، لیکن مقدار و شدت خسارت، ظرفیت جبران خسارت و اثر آن بر محصول نهایی به مرحله نموی که گیاه تحت تنش قرار گرفته، وابسته است (کوچکی و خواجه‌حسینی، ۱۳۸۷).
ایران با قرار گرفتن در عرض جغرافیایی ۲۵ تا ۳۸ درجه جزء مناطق خشک و نیمه خشک به حساب می‌آید و عملکرد گیاهان در نتیجه کمبود نزولات جوی به شدت کاهش می‌یابد (کریم‌زاده اصل و همکاران، ۱۳۸۳).
تنش خشکی، معمولا به علت بسته شدن روزنه‌ها باعث بروز تنش اکسیداتیو می‌شود (لیو و همکاران[۲۰]، ۲۰۱۱). در این حالت تشکیل گونه‌های فعال اکسیژن [۲۱] در میتوکندری و کلروپلاست افزایش می‌یابد (فیو و هیوانگ[۲۲]، ۲۰۰۱). گونه‌های فعال اکسیژن شامل سوپر‌اکسید [۲۳]، پراکسید هیدروژن [۲۴]، رادیکال هیدروکسیل [۲۵] و اکسیژن منفرد بوده و به علت خسارات اکسیداتیو به پروتئین‌ها، لیپید‌ها، اسید‌های نوکلئیک و رنگریزه‌های فتوسنتزی و آنزیم‌ها می‌توانند به متابولیسم نرمال و طبیعی گیاهان آسیب وارد سازند (ازکور و همکاران[۲۶]، ۲۰۰۹). گیاه، به منظور فائق آمدن بر خسارات ناشی از تنش اکسیداتیو، مکانیسم‌های تدافعی آنتی‌اکسیدانی ویژه‌ای را برای دفع و از بین بردن گونه‌های فعال اکسیژن به کار می‌گیرد (لیو و همکاران[۲۷]،۲۰۱۱).

• مکانیسم‌های مقاومت و سازگاری گیاهان به تنش خشکی

توانایی یک گیاه برای بقا، رشد و تولید عملکرد در حد رضایت‌بخش در شرایط محدودیت ذخیره آب و یا تحت کمبود‌های متوالی آب و یا از نظر تکاملی، توان زنده ماندن یک گونه از نسلی به نسل دیگر تحت شرایطی که آب قابل دسترس محدود باشد، مقاومت به خشکی نامیده می‌شود (کافی و همکاران، ۱۳۸۸الف). مکانیسم‌های ایجاد سازگاری در برابر تنش‌ها در گیاهان شامل تغییراتی در فرایندهای فیزیولوژیکی و بیولوژیکی گیاه می‌شود. سازگاری با بسیاری از تنش‌ها با تنظیمات متابولیکی همراه است که منجر به تجمع انواعی از مواد آلی محلول می‌شود (محمد‌خانی و حیدری[۲۸]، ۲۰۰۸).
رفتار گیاهان در برابر تنش خشکی را می‌توان به طور کلی به سه مکانیز تطابق رشد (فرار از خشکی)، اجتناب از کمبود آب و تحمل کمبود آب تقسیم کرد (وفا‌بخش و همکاران، ۱۳۸۸).
فرار از خشکی به توانایی یک گیاه برای رسیدن به مرحله بلوغ قبل از فرا رسیدن خشکی گفته می‌شود. به‌عبارت دیگر، فرار یعنی قابلیت یک گیاه در طی کردن مراحل فنولوژیک و رسیدگی قبل از اینکه تنش خشکی به صورت یک عامل محدود‌کننده جدی در‌آید. به عنوان مثال یکی از راه‌های بقای گیاه در خشکی در رابطه با گیاه ارزن، فرار از خشکی است، هزینه این راهکار به صورت طول دوره رشد کوتاه‌تر و عملکرد کم‌تر است (لودلو و موچو[۲۹]، ۱۹۹۰).

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دامغان
دانشکده فنی و مهندسی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی کشاورزی– علوم و صنایع غذایی گرایش تکنولوژی مواد

عنوان پایان نامه
استخراج لیکوپن از ضایعات گوجه فرنگی

استاد راهنما:
دکتر مجتبی احمدی

استاد مشاور:
دکتر عبدالرضا محمدی نافچی

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
 چکیده :
روش های متداول تجاری در استخراج عمتدتاٌ بر سه اصل استوار می باشد: فیزیکی، شیمیایی و ترکیبی از این دو. مکانیسم اصلی عبارت است از شکستن ساختمان دیواره سلولی گیاهان. با توجه به فوائد بسیار زیاد لیکوپن به عنوان یک آنتی اکسیدان قوی و یک ترکیب بالقوه با ارزش در سالهای اخیر توجه زیادی در استخراج آن معطوف شده است. تمایل برای کاهش استفاده از حلال های آلی خطرناک در استخراج روغن در سال های اخیر موجب توسعه روش های جدید استخراج با مصرف کم حلال نسبت به روش های کلاسیک شده است. در این میان روش های استخراج به کمک آنزیم ها و استخراج با سیال فوق بحرانی و استخراج با مایکروویو و استخراج با اولتراسونیک مورد استفاده قرار گرفته است و از محبوبیت خوبی برخوردار بوده است. دراین میان روش آنزیمی برای استخراج بیشتر مورد توجه است اما یکی از مشکلات این روش هزینه ی بالای این روش است اما راه های مختلفی برای بهینه سازی استخراج لیکوپن وجود دارد یکی از این راه ها استفاده از روش ترکیبی می باشد. در مطالعه حاضر از روش استخراج با کمک آنزیم- اولتراسونیک از ضایعات گوجه فرنگی استفاده شده است. برای این کار از آنزیم سلولاز ( Cellulase ) استفاده شده است. جهت تعیین شرایط بهینه جهت استخراج لیکوپن از ضایعات گوجه فرنگی تاثیر شرایطی همچون میزان pH ، زمان واکنش ، مقدار نمونه ، فعالیت آنزیم و توان های مختلف اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفتند و تاثیر هر کدام از این پارامترها را یکبار به صورت تجربی و بار دیگر با بهره گرفتن از انجام طراحی آزمایشات بوسیله نرم افزار Design-Expert بررسی شده است . میزان بازدهی بهینه استخراج ۹۳ درصد در pH=4/70 و سرعت چرخش ۲۰۰ دور در دقیقه با توان ۵۰ و زمان اولتراسونیک ۳۰ دقیقه بدست آمد.
کلید واژگان: دیواره سلولی، لیکوپن ، آنتی اکسیدان، اولتراسونیک.
 ۱-۱- مقدمه:
گوجه فرنگی یکی از مهمترین محصولات تولید باغی در جهان است که با یک تخمین جهانی تولید آن بیش از ۱۲۰ میلیون تن برآورد شده است واز نظراقتصادی در مقام دوم جهان قرار دارد موطن اصلی گوجه فرنگی آمریکای جنوبی ومرکزی بود که تا سده ۱۸۰۰ اروپائیان آن را سمی می دانستند و تنها آن را به عنوان زینتی می کاشتند. اجداد گوجه فرنگی گیاهان علفی خودرویی بوده اند که این گیاهان گونه مختلفی از سرده پیشین Lycopersicon بودند. یکی از این گونه ها با نام علمی Solanum Lycopersium به مکزیک منتقل شد واز آنجا توسط بومیان پرورش یافت( ۲،۱، ۳، ۴). میزان تولیدگوجه فرنگی سالانه در ایران ۸/۵ میلیون تن و در جهان سالانه حدود ۱۳۰ملیون تن است که طبق برآوردهای شورای جهانی فرآوری گوجه فرنگی(WPTC)[1] حدود ۳ الی۵ درصد وزن کل گوجه فرنگی ضایعات آن است که برآورد شده است(۹،۵). شواهداپیدمولوژیکی نشان می دهد که مصرف محصولات گوجه فرنگی تازه و فرآوری شده باعث کاهش خطر ابتلا به انواع سرطان(۶) و کاهش شیوع بیماری ایسمیک قلبی می شود(۷). این اثرات مفید در درجه اول به فعالیت آنتی اکسیدانی گوجه فرنگی نسبت داده شده است.گوجه فرنگی حاوی طیف گسترده ایی از آنتی اکسیدانها شامل ویتامینE، اسید آسکوربیک، کارتنوئیدها، فلاونوئیدها و فنولیک ها است که در میان آن لیکوپن کاروتنوئید مسئول رنگ قرمز گوجه فرنگی رسیده است که در سالهای اخیر توجه زیاد به عنوان امکان جذب آن در پیشگیری از بیماریها شده است(۱۰، ۱۱، ۱۲).
۲-۱- لیکوپن
۱-۲-۱- تاریخچه لیکوپن:
لیکوپن یک آنتی اکسیدان قوی است که در مسیر سنتز کاروتنوئیدها ساخته میشود(۱۳). ساختار لیکوپن در سال ۱۹۳۰ توسط کرر[۲] و همکارانش تعیین شد(۱۴،۱۵).
 شکل۱-۱ مسیرسنتز کاروتنوئیدها
 ۱-۲-۲- ساختار شیمیایی لیکوپن:
لیکوپن یک کاروتنوئید (C40H56) با ۱۱پیوند مزدوج و۲ پیوند غیر مزدوج با وزن مولکولی ۸۵/۵۳۶ دالتون وغالب در پلاسمای انسان است که این رنگدانه طبیعی توسط گیاهان و یا میکروارگانیسم ها سنتز می شود(۱۷،۱۶، ۱۸). همچنین یک ترکیب لیپوفیلیک ونامحلول در آب است، از آنجا که لیکوپن فاقد حلقه P-ionone درساختار خود می باشد بنابراین فاقد فعالیت ویتامین A است(۱۹).
 شکل۱-۲ ساختار شیمیایی لیکوپن
 لیکوپن در حالت طبیعی به طور طبیعی به شکل ایزومری ترانس می باشد ولی در اثر نور، حرارت، واکنش های شیمیایی وفرآوری های مختلف غذایی و جذب در بدن انسان وجانوران مختلف به اشکال ایزومری مختلف سیس تغییر پیدا می کند. متداول ترین فرم لیکوپن ایزومرهای ترانس، ۵-سیس، ۹-سیس، ۱۳-سیس و ۱۵-سیس است که دربین آنها ایزومر ۵-سیس به علت کمترین انرژی پایدارتر است(۲۰، ۲۱،۱۶،۲۲،۲۳).
لیکوپن مستعد تخریب اکسداتیو است( ۲۵، ۲۷، ۲۴) بنابراین استخراج، ذخیره سازی، فرآوری، تجزیه وتحلیل از لیکوپن باید تحت شرایط محیطی کنترل شده انجام شود(۲۵) حضور زنجیره طولانی پیوند دوگانه مزدوج کربن-کربن باعث می شو که به محض قرار گرفتن لیکوپن در معرض نور دچار تغییرات شیمیایی می گردد (۲۳، ۲۴).
 ۱-۲-۳- نقش لیکوپن در سلامت انسان:
تخریب اکسیداسیون در حال حاضر به عنوان یک علل مهم در بیماری های مزمن از جمله سرطان، بیماری های قلبی و عروقی، پوکی استخوان و دیابت شناخته شده است. آنتی اکسیدان ها نقش مهمی را در کاهش اثرات مخرب اکسیداسیون در سلول را دارند(۲۶). لیکوپن به دلیل تعداد بیشتر باندهای دوگانه مزدج خواص آنتی اکسیدانی بیشتری دارند و یکی از قویترین آنتی اکسیدانها است(۲۸، ۳۱، ۳۳). لیکوپن به دلیل داشتن خواص آنتی اکسیدانی بیشتر نسبت به بتا کاروتن( جدول۱) در درمان بسیاری از بیماری ها استفاده می شود( ۲۹).
 جدول ۱-۱ مقایسه قدرت آنتی اکسیدانی کاروتنوئیدها بر اساس توانایی جذب اکسیژن آزاد
نوع کاروتنوئید                                 قدرت آنتی اکسیدانی
لیکوپن                                                     ۳۱
گاماکاروتن                                               ۲۵
آستازانتین                                               ۲۴
کانتاگزانتین                                             ۲۱
آلفاکاروتن                                                 ۱۹
بتاکاوتن                                                   ۱۴
زیزانتین                                                ۱۰
لوتئین                                                     ۹
 ۱-۲-۳-۱- ساختار کاروتنوئیدها:
شکل۱-۳ ساختار کاروتنوئید
 ۱-۲-۳-۲- سرطان پروستات:
سرطان پروستات یک بیماری است که به نظر می رسد در چند دهه اخیر گسترش یافته است از آنجایی که جز ضایعات پیش سرطانی هستند معمولا از دهه سوم زندگی در مردان مشاهده می شود. اولین بار جیووانسی[۳] وهمکاران(۱۹۹۵) گزارشی که نقش کاروتنوئیدها در کاهش سرطان پروستات را بیان می کرد منتشر کردند(۳۰، ۳۲). به تازگی جیووانسی مطالعاتی را در ارتباط با مصرف گوجه فرنگی، لیکوپن وخطر ابتلا به سرطان پروستات را مورد بررسی قرار داد طبق مطالعات اپیدمیولوژیکی از۱۰ موردی را که ارزیابی کرد۸ مورد از آنها کاهش خطر ابتلا مشاهده شد(۳۸) . محتمل ترین مکانیسم را که می توان برای نقش لیکوپن در نظر گرفت نقش آن در خنثی کردن رادیکال های آزاد است(۳۵).
۱-۲-۳-۳- بیماری های استخوانی:
اگر چه شیمی کاروتنوئیدها به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، در حال حاضر جذب، متابولیسم و توابع بیولوژیکی بررسی شود. واکنش های مخرب اکسیداسیونی از مهمترین عوامل مهم در بیماری پوکی استخوان می باشد که آنتی اکسیدان های طبیعی نظیر لیکوپن می تواند نقش جلوگیری کنندگی را داشته باشد(۳۴). لیکوپن موجب تحریک ساخت سلول های استخوانی شده واز ناهنجاری های شکلی و کجی استخوان جلوگیری می کند(۳۷).
۱-۲-۳-۴- سایر بیماری ها:
خاصیت آنتی اکسیدانی لیکوپن توجه تحقیقات علمی را به نقش محافظتی آن در فشار خون بالا به خود جلب کرده است. مطالعه اخیر مصرف مکمل لیکوپن به مدت ۸ هفته به میزان ۱۵ میلی گرم در روز کاهش فشار خون مشاهده شد. کسانی که به صورت مداوم از لیکوپن استفاده می کنند ۳۰تا ۶۰ درصد کمتر به بیماری های گوارشی مبتلا می شوند( ۳۴، ۳۶). همچنین مطالعات اپیدمیولوژیکی در سال های اخیر نشان می دهد که مصرف گوجه فرنگی ومحصولات غذایی گوجه فرنگی خطر ابتلا به سرطان حفره دهان، حلق، مری، معده، روده بزرگ، مثانه را در انسان کاهش می دهد.این اثر محافظتی به خواص آنتی اکسیدانی و پروویتامینی ترکیبات مغذی در بدن است(۵۰).
 ۱-۳- انواع روش های استخراج:
هدف از استخراج، جدا کردن و بازیابی ترکیبات مورد نظر از بافت نمونه است که اکثراً شامل تغییر و انتقال از فاز جامد به فاز مایع می باشد. سادگی، سرعت عمل و بازیابی کمی ترکیبات مورد نظر از بافت نمونه، بدون کاهش و یا تجزیه شدن انها و اقتصادی بودن روش از خصوصیات یک روش خوب است(۴۵). یکی از روش های معروف و مورد استفاده در صنایع و آزمایشگاه ها روش استخراج با حلال [۴]است که به کمک دستگاه سوکسله انجام می شود. این روش ها مستلزم مصرف حجم زیاذی از حلال های آلی خطرناک در استخراج های تجربی در سال های اخیر موجب توسعه روش های جدید استخراج با مصرف کم حلال نسبت به روش های کلاسیک شده است. در میان این روش ها، روش های استخراج به کمک آنزیم ها[۵]، استخراج با سیال فوق بحرانی [۶]، استخراج با کمک مایکروویو [۷] و استخراج با مایع تحت فشار[۸] (۴۱،۴۰) از محبوبیت بسیار برخوردار است و در بسیاری از فرآیندهای زیست محیطی استفاده شده است(۴۱،۳۹). در این پروژه از ادغام روش استخراج فراصوت و آنزیمی برای استخراج لیکوپن از ضایعات گوجه فرنگی استفاده شده است. لذا لازم است به طور مختصر مفهوم استخراج و روش های مختلف آن معرفی شود.
تعریف استخراج:
انتقال یک ترکیب از مایع به مایع دیگر ویا از فاز جامد به مایع را استخراج می گویند. استخراج برچند نوع است:
۱ـ استخراج مایع ـ مایع ^[۹]: که به استخراج از یک مایع به مایع غیر قابل امتزاج دیگر گفته می شود.
۲ـ استخراج فاز جامد[۱۰] : که به استخراج از یک مایع توسط یک بستر جامد اطلاق می شود.
۳ـ استخراج مایع ـ جامد ^[۱۱]:که به استخراج از جامد توسط مایع گفته می شود(۴۵).
روش های عملی استخراج عبارتند از:
۱ ـ سوکسله
۲ ـ سوکستک[۱۲]
۳ ـ استخراج با کمک مایکروویو
۴ ـ استخراج با کمک امواج مافوق صوت[۱۳]
۵ ـ استخراج با حلال تسریع شده یا استخراج با مایع تحت فشار[۱۴]
۶ ـ استخراج با سیال فوق بحرانی