بذر چیست

فتومیکروگراف از بذرهای مختلف

در گیاه شناسی،بذر یا دانه یک جنین گیاهی و ذخیره غذایی است که در یک پوشش بیرونی محافظ به نام پوشش دانه (testa) محصور شده است. به طور کلی تر، اصطلاح "بذر" به معنای هر چیزی است که بتوان کشت کرد، که ممکن است شامل بذر و پوسته یا غده باشد. دانه ها محصول تخمک رسیده هستند، پس از اینکه کیسه جنینی توسط اسپرم حاصل از گرده بارور شد و یک زیگوت را تشکیل داد. جنین درون یک دانه از زیگوت رشد می کند و قبل از توقف رشد، در داخل گیاه مادر به اندازه معینی رشد می کند.

تشکیل بذر بخش مشخصی از فرآیند تولید مثل در گیاهان بذری (اسپرماتوفیت ها) است. سایر گیاهان مانند سرخس، خزه ، بذر ندارند و از وسایل وابسته به آب برای تکثیر خود استفاده می کنند. بذر گیاهان در حال حاضر بر طاقچه های بیولوژیکی روی زمین، از جنگل ها گرفته تا علفزارها در آب و هوای گرم و سرد، تسلط دارند.

در گیاهان گلدار، تخمدان به میوه ای تبدیل می شود که حاوی دانه است و به انتشار گیاه  کمک می کند. بسیاری از ساختارهایی که معمولاً به آنها "دانه" گفته می شود در واقع میوه های خشک هستند. دانه های آفتابگردان گاهی اوقات به صورت تجاری فروخته می شوند در حالی که هنوز در دیواره سخت میوه محصور شده اند، که برای رسیدن به دانه باید شکافته شود. گروه‌های مختلف گیاهان تغییرات دیگری نیز دارند، میوه‌های هسته‌دار (مانند هلو) دارای یک لایه میوه سخت شده  هستند. آجیل میوه یک دانه و پوسته سخت برخی از گیاهان با دانه ای غیرقابل رشد مانند بلوط یا فندق است.

تاریخچه بذر

اولین گیاهان خشکی حدود 468 میلیون سال پیش تکامل یافتند،  و با استفاده از هاگ تکثیر شدند. اولین گیاهان دانه دار که ظاهر شدند، ژیمنوسپرم ها بودند که تخمدانی برای حاوی دانه ها نداشتند. آنها در اواخر دوره دونین (416 میلیون تا 358 میلیون سال پیش) به وجود آمدند. از این نطفه های اولیه، سرخس های بذری در دوره کربونیفر (359 تا 299 میلیون سال پیش) تکامل یافتند. آنها تخمک هایی داشتند که در یک کوپول  قرار داشتند، که شامل گروه هایی از شاخه های محصور بود که احتمالاً برای محافظت از دانه در حال رشد استفاده می شد.

اندازه و مجموعه بذر

دانه ها از نظر اندازه بسیار متنوع هستند. دانه های ارکیده گرد و غباری کوچکترین هستند گیاهانی که دانه‌های کوچک‌تری تولید می‌کنند می‌توانند دانه‌های بیشتری را در هر گل تولید کنند، در حالی که گیاهان با دانه‌های بزرگ‌تر منابع بیشتری را در آن دانه‌ها سرمایه‌گذاری می‌کنند و معمولاً دانه‌های کمتری تولید می‌کنند. دانه های کوچک زودتر می رسند و زودتر پراکنده می شوند، بنابراین در پاییز همه گیاهان گلدار اغلب دانه های کوچکی دارند. بسیاری از گیاهان یکساله مقادیر زیادی بذر کوچکتر تولید می کنند. این کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که حداقل تعداد کمی از آنها به مکان مطلوبی برای رشد میرسند  . گیاهان چند ساله علفی و چوبی اغلب دانه های بزرگتری دارند. آنها می توانند در طی سالیان متمادی بذر تولید کنند، و بذرهای بزرگتر دارای ذخایر انرژی بیشتری برای جوانه زنی و رشد گیاهچه هستند و پس از جوانه زنی نهال های بزرگتر و مستقرتر تولید می کنند.

کارکرد بذر

دانه ها چندین عملکرد را برای گیاهانی که آنها را تولید می کنند انجام می دهند. از جمله این عملکردهای کلیدی، تغذیه جنین، پراکندگی در مکان جدید و خواب در شرایط نامساعد است. دانه ها اساساً وسیله تولید مثل هستند و بیشتر دانه ها محصول تولید مثل جنسی هستند که ترکیبی از مواد ژنتیکی و تنوع فنوتیپ را ایجاد می کند که انتخاب طبیعی بر اساس آن عمل می کند. دانه‌های گیاهی میکروارگانیسم‌های اندوفیتی را در خود جای می‌دهند که می‌توانند عملکردهای مختلفی را انجام دهند که مهمترین آنها محافظت در برابر بیماری است.

پراکندگی بذر

برخلاف حیوانات، گیاهان توانایی  جستجوی شرایط مطلوب برای زندگی و رشد را ندارند . در نتیجه، گیاهان راه‌های زیادی را برای پراکنده کردن فرزندان خود با پراکنده کردن دانه‌هایشان تکامل داده‌اند . یک بذر باید به نحوی به مکانی "رسیده" و در زمان مناسب برای جوانه زدن و رشد در آنجا باشد. هنگامی که میوه ها باز می شوند و دانه های خود را به طور منظم رها می کنند، نحوه پراکنش بذرها عبارتند از :

بوسیله باد

دانه‌های قاصدک در آکنه‌ها قرار دارند که می‌توانند توسط باد در فواصل طولانی حمل شوند.

برخی از دانه ها (مانند کاج) دارای بال هستند که باد به پراکندگی آنها  کمک می کند.

دانه های غباری شکل  مانند ارکیده ها به طور موثر توسط باد حمل می شوند.

برخی از دانه ها (مانند علف شیر، صنوبر) دارای کرک هستند که باد به پراکندگی آنها کمک می کند.

بوسیله آب

برخی از گیاهان، مانند دانه‌های شناور تولید می‌کنند که به آنها دانه‌های دریایی یا دانه‌های رانده می‌گویند، زیرا در رودخانه‌ها به اقیانوس‌ها شناور می‌شوند و در سواحل سبز شده و رشد میکنند .

توسط حیوانات

دانه‌های دارای  خارها یا قلاب‌ که به پشم و مو و  یا پر حیوانات می‌چسبند و بعداً در جاههای مختلف از بدن آنها جدا و رها می‌شوند.

دانه هایی با پوشش گوشتی (مانند سیب، گیلاس، ارس) توسط حیوانات (پرندگان، پستانداران، خزندگان، ماهی) خورده می شوند و سپس این دانه ها را در فضولات خود پراکنده می کنند.

دانه ها (آجیل) منابع غذایی قابل ذخیره طولانی مدت جذابی برای حیوانات هستند (مانند بلوط، فندق، گردو). دانه‌ها در فاصله‌ای از گیاه مادر نگهداری می‌شوند و اگر حیوان آنها را فراموش کند،  از خورده شدن فرار می‌کنند. و در شرایط مناسب سبز شده و تبدیل به گیاه میشوند .

توسط مورچه ها

مورچه های علوفه گیر دانه هایی را که دارای زائده هایی بهستند (مانند ریشه خونی، تریلیوم ها، اقاقیا و بسیاری از گونه ها) را پراکنده می کنند. بعضی گیاهان دارای ساختارهای نرم و گوشتی هستند که حاوی مواد مغذی برای حیواناتی هستند که آنها را می خورند. مورچه ها چنین دانه هایی را به لانه خود می برند، جایی که آنها  خورده می شوند. باقیمانده بذر، که برای مورچه ها سخت و غیرقابل خوردن است، در داخل لانه یا در محلی که بذر توسط مورچه ها دور ریخته شده است، جوانه می زند. این رابطه پراکندگی نمونه ای از متقابل گرایی است، زیرا گیاهان برای پراکنده کردن دانه ها به مورچه ها وابسته هستند، در حالی که مورچه ها برای غذا به دانه های گیاهان وابسته هستند. در نتیجه، کاهش تعداد یک شریک می تواند موفقیت طرف دیگر را کاهش دهد.

 خواب بذر

خواب بذر دو کارکرد اصلی دارد: اولی هماهنگ کردن جوانه زنی با شرایط بهینه برای بقای نهال . دوم گسترش جوانه زنی دسته ای از بذرها در طول زمان ، بنابراین یک فاجعه (مثلاً یخبندان دیررس، خشکسالی، گیاهخواری) منجر به مرگ همه فرزندان یک گیاه نمی شود خواب بذر به عنوان بذری تعریف می شود که در شرایط محیطی بهینه برای جوانه زنی، معمولاً زمانی که محیط در دمای مناسب با رطوبت مناسب خاک باشد، جوانه نزند. بنابراین این خواب واقعی یا خواب ذاتی ناشی از شرایط درون بذر است که از جوانه زنی جلوگیری می کند. بنابراین خواب حالتی از بذر است نه محیط. خواب القایی، خواب اجباری یا سکون بذر زمانی اتفاق می‌افتد که بذر نتواند جوانه بزند زیرا شرایط محیطی خارجی برای جوانه‌زنی نامناسب است، عمدتاً در پاسخ به شرایط خیلی تاریک یا روشن، خیلی سرد یا گرم یا خیلی خشک.خواب بذر با ماندگاری بذر در خاک یا روی گیاه یکسان نیست،خشک کردن، در برخی از گیاهان، از جمله تعدادی از علف ها و گیاهان مناطق خشک فصلی، قبل از جوانه زدن مورد نیاز است. دانه ها آزاد می شوند، اما قبل از شروع جوانه زدن باید رطوبت کمتری داشته باشند. اگر بذرها پس از پراکندگی مرطوب بمانند، جوانه زنی می تواند ماه ها یا حتی سال ها به تعویق بیفتد. بسیاری از گیاهان علفی مناطق معتدل دارای خواب فیزیولوژیکی هستند که با خشک شدن بذرها از بین می رود. گونه های دیگر پس از پراکندگی فقط در محدوده دمایی بسیار باریک جوانه می زنند، اما با خشک شدن بذرها، می توانند در محدوده دمایی وسیع تری جوانه بزنند.

 جوانه زنی بذر

جوانه زدن بذر فرآیندی است که طی آن جنین بذر به یک گیاهچه تبدیل می شود. این شامل فعال شدن مجدد مسیرهای متابولیک است که منجر به رشد و ظهور ریشه یا ریشه دانه و ساقه یا ساقه می شود. ظهور نهال در بالای سطح خاک مرحله بعدی رشد گیاه است و به آن استقرار نهال می گویند.

سه شرط اساسی باید قبل از جوانه زدن وجود داشته باشد. (1) جنین باید زنده باشد که زنده ماندن بذر نامیده می شود. (2) هر گونه الزامات خوابی که از جوانه زنی جلوگیری می کند باید برطرف شود. (3) شرایط محیطی مناسب برای جوانه زدن باید وجود داشته باشد.

نور قرمز دور می تواند از جوانه زنی جلوگیری کند.

زنده ماندن بذر توانایی جنین برای جوانه زدن است و تحت تأثیر شرایط مختلف قرار می گیرد. برخی از گیاهان بذرهایی تولید نمی کنند که دارای جنین کامل عملکردی باشند، یا ممکن است بذر اصلاً جنین نداشته باشد که اغلب به آن دانه های خالی می گویند. شکارچیان و عوامل بیماری زا می توانند دانه را در حالی که هنوز در میوه است یا پس از پراکنده شدن، از بین ببرند. شرایط محیطی مانند سیل یا گرما می تواند بذر را قبل یا در طول جوانه زنی از بین ببرد. سن بذر بر سلامت و توانایی جوانه زنی آن تأثیر می گذارد: از آنجایی که بذر دارای جنین زنده است، به مرور زمان سلول ها می میرند و نمی توانند جایگزین شوند. برخی از دانه ها می توانند برای مدت طولانی قبل از جوانه زنی زنده بمانند، در حالی که برخی دیگر فقط برای مدت کوتاهی پس از پراکندگی قبل از مرگ زنده می مانند.

بنیه بذر معیاری برای سنجش کیفیت بذر است و شامل زنده ماندن بذر، درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی و قدرت نهال تولید شده است.

درصد جوانه زنی صرفاً نسبت بذرهایی است که از همه بذرها با شرایط مناسب برای رشد جوانه می زنند. سرعت جوانه زنی مدت زمانی است که طول می کشد تا بذرها جوانه بزنند. درصد و سرعت جوانه زنی تحت تأثیر زنده ماندن بذر، خواب و اثرات محیطی است که بر بذر و گیاهچه تأثیر می گذارد. در کشاورزی و باغبانی بذرهای باکیفیت زنده ماندن بالایی دارند که با درصد جوانه زنی به اضافه سرعت جوانه زنی اندازه گیری می شود. این به عنوان درصد جوانه زنی در مدت زمان معین داده می شود،بسیاری از گیاهان دانه هایی با درجات خواب متفاوت تولید می کنند و دانه های مختلف از یک میوه می توانند درجات خواب متفاوتی داشته باشند. اگر بذرها فوراً پراکنده شوند و خشک نشوند ممکن است بدون خواب باشند (اگر دانه ها خشک شوند به خواب فیزیولوژیکی می روند). تنوع زیادی در بین گیاهان وجود دارد و یک بذر خفته هنوز هم بذری قابل دوام است حتی اگر سرعت جوانه زنی ممکن است بسیار پایین باشد.

شرایط محیطی موثر بر جوانه زنی بذر عبارتند از: آب، اکسیژن، دما و نور.

سه مرحله مجزا از جوانه زنی بذر رخ می دهد: جذب آب. فاز تاخیر؛ و ظهور ریشه.

برای اینکه پوسته بذر شکافته شود، جنین باید آب بخورد (آب را خیس کند) که باعث متورم شدن آن می شود و پوسته بذر را می شکافد. با این حال، ماهیت پوشش بذر تعیین می کند که آب با چه سرعتی می تواند نفوذ کند و متعاقباً شروع به جوانه زدن کند. میزان جذب بستگی به نفوذپذیری پوشش بذر، میزان آب موجود در محیط و منطقه تماس بذر با منبع آب دارد. برای برخی از دانه ها، جذب آب بیش از حد سریع می تواند دانه را از بین ببرد. برای برخی از دانه ها، پس از جذب آب، فرآیند جوانه زنی متوقف نمی شود و خشک شدن آن کشنده می شود. بذرهای دیگر می توانند چندین بار آب بخورند و بدون ایجاد عوارض بد، آب را از دست بدهند، اما خشک شدن می تواند باعث خواب ثانویه شود.

القای جوانه زنی

تعدادی از استراتژی های مختلف توسط باغداران و کشاورزان برای شکستن خواب بذر استفاده می شود.

خراشیدگی اجازه می دهد تا آب و گازها به داخل دانه نفوذ کنند. این شامل روش هایی برای شکستن فیزیکی لایه های سخت دانه یا نرم کردن آنها توسط مواد شیمیایی است، مانند خیساندن در آب داغ یا سوراخ کردن دانه با سنجاق یا مالیدن آنها روی کاغذ سنباده یا ترک خوردن با پرس یا چکش. گاهی اوقات میوه ها در حالی برداشت می شوند که دانه ها هنوز نارس هستند و پوسته بذر کاملاً رشد نکرده و بلافاصله قبل از نفوذناپذیر شدن پوشش بذر کاشته می شود. در شرایط طبیعی، پوشش بذر توسط جوندگانی که دانه را می جوند، ساییده شدن دانه ها به سنگ ها (دانه ها توسط باد یا جریان آب حرکت می کنند)، با انجماد و ذوب آب های سطحی، یا عبور از دستگاه گوارش حیوان، فرسوده می شوند. در حالت دوم، پوشش بذر از هضم بذر محافظت می کند، در حالی که اغلب پوسته بذر را ضعیف می کند به طوری که جنین در هنگام رسوب، همراه با مقداری ماده مدفوع که به عنوان کود عمل می کند، آماده جوانه زدن است، دور از گیاه مادر. . میکروارگانیسم ها اغلب در شکستن پوسته های سخت دانه موثر هستند و گاهی اوقات توسط مردم به عنوان درمان استفاده می شود. دانه ها در یک محیط شنی گرم مرطوب برای چندین ماه در شرایط غیر استریل نگهداری می شوند.

شستشو یا خیساندن در آب باعث حذف بازدارنده های شیمیایی در برخی از بذرها می شود که از جوانه زنی جلوگیری می کند. باران و آب شدن برف به طور طبیعی این کار را انجام می دهد. برای بذرهایی که در باغچه کاشته می شوند، آب جاری بهتر است – اگر در ظرف خیسانده شود، 12 تا 24 ساعت خیساندن کافی است. خیساندن طولانی تر، به خصوص در آب راکد، می تواند منجر به گرسنگی اکسیژن و مرگ دانه شود. دانه های دارای پوشش دانه سفت را می توان در آب داغ خیس کرد تا لایه های سلولی نفوذ ناپذیری که مانع از جذب آب می شود، باز شود.

سایر روش‌های مورد استفاده برای کمک به جوانه‌زنی بذرهایی که در حالت خواب هستند عبارتند از: پیش سرد کردن، خشک کردن، تغییر دمای روزانه، قرار گرفتن در معرض نور، نیترات پتاسیم، استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی مانند جیبرلین، سیتوکینین، اتیلن، تیوره، هیپوکلریت سدیم  برخی از دانه ها پس از آتش سوزی بهتر جوانه می زنند. برای برخی از دانه ها، آتش پوسته های سخت دانه را ترک می کند، در حالی که در برخی دیگر، خواب شیمیایی در واکنش به حضور دود شکسته می شود. دود مایع اغلب توسط باغبانان برای کمک به جوانه زنی این گونه ها استفاده می شود.

آلودگی بذر

انتقال میکروبی از بذر به گیاهچه دانه ها دارای جامعه میکروبی متنوعی هستند.بیشتر این میکروارگانیسم ها از بذر به نهال های در حال رشد منتقل می شوند

بذرها یا دانه های خوراکی

بسیاری از دانه ها خوراکی هستند و بیشتر کالری انسان از دانه ها، به ویژه از غلات، حبوبات و آجیل تامین می شود. دانه ها همچنین بیشتر روغن های پخت و پز، بسیاری از نوشیدنی ها و ادویه ها و برخی از افزودنی های مهم غذایی را تامین می کنند. در دانه های مختلف، جنین بذر یا آندوسپرم غالب بوده و بیشتر مواد مغذی را تامین می کند. پروتئین های ذخیره ای جنین و آندوسپرم از نظر محتوای اسید آمینه و خواص فیزیکی متفاوت هستند. به عنوان مثال، گلوتن گندم که در ایجاد خاصیت ارتجاعی خمیر نان مهم است، یک پروتئین آندوسپرم است.

از دانه ها برای تکثیر بسیاری از محصولات زراعی مانند غلات، حبوبات، درختان جنگلی، چمنزار و علف های مرتعی استفاده می شود. به ویژه در کشورهای در حال توسعه، محدودیت عمده ای که با آن مواجه است، ناکافی بودن کانال های بازاریابی برای رساندن بذر به کشاورزان فقیر است.بنابراین استفاده از بذر حفظ شده توسط کشاورز بسیار رایج است.

دانه ها نیز توسط حیوانات خورده می شوند (شکار بذر)، و همچنین به دام تغذیه می شوند یا به عنوان دانه پرندگان ارائه می شوند.

بذرهای سمی

در حالی که برخی از دانه ها خوراکی هستند، برخی دیگر مضر، سمی یا کشنده هستند. گیاهان و دانه ها اغلب حاوی ترکیبات شیمیایی هستند تا از علفخواران و شکارچیان بذر جلوگیری کنند. در برخی موارد، این ترکیبات به سادگی طعم بدی دارند (مانند خردل)، اما سایر ترکیبات سمی هم هستند که  در داخل دستگاه گوارش به ترکیبات سمی تجزیه می شوند. کودکان به دلیل کوچکتر بودن نسبت به بزرگسالان بیشتر مستعد مسمومیت با گیاهان و دانه ها هستند.

یک سم کشنده، ریسین، از دانه های کرچک به دست می آید. دوزهای کشنده گزارش شده بین دو تا هشت دانه است،  اگرچه تنها تعداد کمی مرگ و میر در هنگام بلعیدن دانه کرچک توسط حیوانات گزارش شده است.

بعلاوه، دانه‌های حاوی آمیگدالین - سیب، زردآلو، بادام تلخ، هلو، آلو، گیلاس، به و سایرین - وقتی به مقدار کافی مصرف شوند، ممکن است باعث مسمومیت با سیانید شوند. سایر دانه هایی که حاوی سم هستند عبارتند از: آنونا، پنبه، سیب کاستارد، داتورا، دوریان نپخته، زنجیر طلایی، شاه بلوط اسبی، سوخاری، لوکوه، لیچی، شلیل، رامبوتان، نخود تسبیح، سوپ ترش، سیب شکر، ویستریا و سرخدار.  دانه های درخت استریکنین نیز سمی هستند و حاوی سم استریکنین هستند.

دانه های بسیاری از حبوبات، از جمله لوبیا معمولی ، حاوی پروتئین هایی به نام لکتین هستند که اگر لوبیا بدون پختن خورده شوند، می توانند باعث ناراحتی معده شوند. لوبیا معمولی و بسیاری دیگر از جمله سویا نیز حاوی مهارکننده های تریپسین هستند که در عملکرد آنزیم گوارشی تریپسین اختلال ایجاد می کنند. فرآیندهای طبخ معمولی لکتین ها و مهارکننده های تریپسین را به اشکال بی ضرر تجزیه می کند

استفاده های دیگر از بذر

الیاف پنبه چسبیده به دانه های گیاه پنبه رشد می کند. سایر الیاف بذر از کاپوک و علف شیر است.

بسیاری از روغن های مهم غیر غذایی از دانه ها استخراج می شوند. از روغن بذر کتان در رنگ استفاده می شود. روغن جوجوبا و کرامبه شبیه روغن نهنگ است.

دانه ها منبع برخی از داروها از جمله روغن کرچک، روغن درخت چای و داروی سرطان کواک هستند.

بسیاری از دانه ها به عنوان مهره در گردنبندها و تسبیح ها از جمله اشک ایوب، چینی بری، نخود تسبیح و دانه کرچک استفاده شده است. با این حال، سه مورد اخیر نیز سمی هستند.

سایر کاربردهای بذر عبارتند از:

• دانه ها زمانی به عنوان وزنه برای تعادل استفاده می شدند.
• دانه هایی که کودکان به عنوان اسباب بازی استفاده می کنند،
• رزین  دانه های  برای درزبندی قایق ها استفاده می شود.
• نماتدکش از بذرهای علف شیر.
• کنجاله پنبه دانه به عنوان خوراک دام و کود استفاده می شود.