عنصر سیلیسیم
عنصر سیلیسیم با عدد اتمی ۱۴ به عنوان دومین عنصر فراوان بعد از اکسیژن در پوسته زمین مطرح میباشد. این عنصر بیش از ۵۰ درصد ترکیب خاک را (به شکل دی اکسید سیلیسیم) تشکیل میدهد. این عنصر یکی از اجزای اصلی خاک محسوب میشود که طی سیر تکاملی ممکن است از خاک شسته شود، باز توزیع شود و یا در خاک تجمع یابد. اگر چه سیلسیم در خاک فراوان است و مقدار آن تا ۴۵ درصد وزنی نیز گزارش شده است اما به دلیل پیوند قوی سیلسیم با اکسیژن، حلالیت ترکیبات سیلیسیمی به شدت پایین است به صورتیکه این عنصر در خاک همیشه به شکل سیلیکات و در پیوند با سایر عناصر فلزی وجود دارد و نمیتواند به صورت مستقیم توسط گیاهان جذب شود. سیلسیم در خاک به شکل مونوسیلیسیک اسید یا آنیون اسید توسط گیاه جذب میشود (متشرعزاده و اعظم، ۱۴۰۱).
سیلیسیم در گیاه
تمامی گیاهی که در خاک میرویند در بافتهای خود دارای سیلیسیم میباشند اما تفاوت گستردهای در مقدار سیلیسیم در بین گونه ها و ژنوتیپهای مختلف گیاهی وجود دارد. تجزیه بافت انواع مختلف گیاهان نشان داد که غلظت سیلیسیم بسته به نوع گونه گیاه، از ۱ تا ۱۰۰ گرم سیلیسیم در هر کیلوگرم وزن خشک است. مقایسه این مقادیر با عناصری مانند فسفر، نیتروژن، کلسیم و سایر عناصر نشان میدهد که سیلیسیم در مقادیر معادل عناصر پرمصرف در گیاهان قرار دارد.
سیلیسیم نقش مهمی در تعادل جذب، انتقال و توزیع عناصر معدنی در گیاهان ایفا میکند. این عنصر با افزایش سطح و طول ریشه، مکانهای در معرض بیشتری برای جذب یونهای قابل انتشار فراهم میسازد. سیلیسیم پس از جذب توسط ریشه‌ها، به صورت سیلیکا (SiO₂) در دیواره سلولی گیاهان رسوب میکند و یک لایه مضاعف و سخت به نام “سلول دو لایه سیلیسی” ایجاد میکند. این مکانیسم پایه بسیاری از مزایای سیلیسیم است. کاربرد سیلیسیم موجب تحریک تشکیل میوه و تسریع بلوغ میوه میشود. از منابع سیلیسیمی که در بخش کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرد میتوان به منابع سیلیکاتی مانند سیلیکات سدیم و پتاسیم و منابع اکسیدی مانند اکسید سیلیسیم و نیز اسید سیلیسیک اشاره داشت.
کاربرد سیلیسیم در محصولات کشاورزی از آنجایی که هیچ پسماندی در محصول قابل مصرف و محیط زیست بر جا نمیگذارد به عنوان یک مولفه تاثیرگذار در برنامه مدیریت تلفیقی آفات و بیماریهای گیاهی محسوب میشود. گزارشات علمی نشان میدهد سیلیسیم باعث کنترل خسارت آفات از جمله کرمهای ساقه خوار، زنجرکها و کنه های تار عنکبوتی میشود.
سیلسیم کافی در گیاه سبب افرایش قابلیت جذب فسفر میشود، به صورت اختصاصی در برنج سبب افزایش مقاومت گیاه نسبت به سمیت آهن و منگنز میشود. سیلیسیم تنها در برنج کاربرد نداشته و در گیاهان دیگری مثل گندم، ذرت نیشکر و سویا و … نیر کاربرد داشته و میتواند نقش موثری در افزایش عملکرد و بهبود کیفیت این محصولات داشته باشد.
نقش سیلیسیم در گیاه
اثرات سودمند سیلسیم در ارقام مختلف گونه های گیاهی و نقش بسیار مهم آن در افزایش مقاومت در برابر انواع تنشهای زنده و غیر زنده شامل بیماریها، آفات و تغذیه نامتعادل به اثبات رسیده است. بیشتر این اثرات سودمند به ذخیره شدن سیلسیم در سلولهای دیوارهی ریشه ها، برگها، ساقه ها، سبوس و غلاف در گیاهان نسبت داده شده است.
- مقاومت به آفات و بیماریهای گیاهی
ذخیره شدن سیلیسیم در سلولهای دیواره ریشه، برگ و ساقه در واقع نقش یک مانع فیزیولوژیکی را ایجاد مینماید. تجمع این عنصر در بافتهای گیاهی میتواند به صورت مکانیکی در کنترل بیماریهای ناشی از قارچ و باکتری در گونه های مختلف گیاهی موثر و از فرآیند آلودگی جلوگیری نماید. بدین ترتیب سیلیسیم موجب افزایش مقاومت گیاه به آفات و بیماریها میشود. سیلیسیم در سفتی بافتهای گیاهان زراعی مثل ذرت و گندم نقش مهمی دارد و به همین دلیل مقاومت گیاهان به آفات و بیماریها را افزایش میدهد. سیلیسیم انتشار مواد فرار گیاهی ناشی از گیاهخواری حشرات آفت را تحت تاثیر قرار میدهد که این موضوع موجب جلب بیشتر دشمنان طبیعی (پارازیتوئیدها و شکارگرها) شده و مهار طبیعی حشره آفت را به دنبال خواهد داشت (شکل ۱).
لایه سیلیسی به عنوان یک سد فیزیکی عمل میکند و نفوذ هایف قارچ و باکتری را به درون بافت گیاه محدود میکند. همچنین با القای تولید ترکیبات دفاعی مانند فیتوآلکسین‌ها، سیستم ایمنی گیاه را تقویت میکند. این امر به ویژه در مقابل بیماری‌هایی مانند سفیدک پودری، لکه برگی و بلایت بسیار مؤثر است. سیلیسیم نقش موثری در مقاومت گیاه برنج نسبت به بیماریهای قارچی دارد.
- مقاومت به تنشهای غیرزیستی
سیلیسیم با کاهش تعریق (Transpiration)، به حفظ آب درون گیاه کمک میکند. ضخیم شدن دیواره سلولی و کاهش روزنه‌های برگ، از هدررفت آب جلوگیری کرده و گیاه را در برابر دوره‌های خشکی مقاوم‌تر میسازد.
ساقه‌های غنی از سیلیسیم، قطورتر و محکم‌تر هستند. این امر به ویژه در محصولاتی مانند برنج، گندم و نیشکر از خوابیدگی و ورس ساقه در اثر وزش باد یا باران جلوگیری میکند و برداشت مکانیزه را آسان‌تر مینماید.
لایه سیلیسی به عنوان یک عایق عمل میکند و گیاه را در برابر نوسانات دمایی و تنشهای دمایی (گرما و سرما) محافظت مینماید.
- خنثی سازی سمیت عناصر سنگین
یکی از مزایای این عنصر افزایش تحمل برخی گیاهان به عناصر سنگین میباشد. سیلیسیم در آندودرم رسوب کرده و سبب کاهش انتقال کادمیوم از فضای آزاد بین سلولی میشود. از دیگر اثرات مثبت این عنصر افزایش مقاومت گیاه برنج به سمیت آهن و منگنز میباشد. بدین معنی که جذب آهن و منگنز را به وسیله گیاه کاهش میدهد. همچنین مطالعه دیگری نشان داد که سیلیسیم باعث کاهش سمیت منگنز در خیار گردید.
- بهبود عملکرد محصول
سیلیسیم باعث ایستایی بهتر ساقه و برگها میشود. این امر قرارگیری برگها را بهینه کرده و جذب نور خورشید برای انجام فرآیند فتوسنتز را افزایش میدهد. همچنین با کاهش تنشهای محیطی و حفظ سلامت برگ، کارایی فتوسنتز برای مدت طولانی‌تری حفظ میشود. مطالعات نشان داده استفاده از سیلیسیم منجر به افزایش اندازه میوه، وزن دانه و در نهایت عملکرد کلی محصول میشود. همچنین بر کیفیت ویژگیهای محصول مانند ماندگاری بیشتر پس از برداشت نیز تأثیر مثبت دارد.
برخی گیاهان که به عنوان “جاذب سیلیسیم” شناخته می‌شوند، مقادیر بسیار زیادی از این عنصر را جذب می‌کنند. مهم‌ترین آن‌ها عبارت از غلات (برنج، گندم، جو، ذرت، نیشکر)، خیار و کدو، توت فرنگی و گلهای شاخه بریده (رز و …) میباشد.
شکل ۱- نقش سیلیسیم در گیاه ذرت
گیاهان برای رشد و دفاع از خود سیلیسیم جذب می‌کنند. سیلیسیم به صورت یک ماده محلول در آب و خاک است که به نام اسید مونو سیلیسیک میباشد. گیاه سیلیسیم را از طریق ریشه جذب میکند و داخل برگ و ساقه، بویژه در پوست بیرونی (اپیدرم)، به شکل ذرات ریز شیشه مانند به اسم فیتولیت (phytolith) ذخیره مینماید. فیتولیت‌ها باعث می‌شوند که بافت گیاهان مستحکم تر شود و حشرات به سختی بتوانند به گیاه آسیب برسانند. از طرف دیگر، وقتی یک حشره به گیاه حمله میکند، گیاه مواد فراری (HIPVs) آزاد میکند که موجب جذب شدن دشمنان طبیعی (پارازیتوئیدها و شکارگرها) به حشره آفت میشود. سیلیسیم میتواند این آزادسازی این گروه مواد فرار را تغییر دهد و در نتیجه، در رابطه سه گانه یا سه سطحی (گیاه-حشره-دشمن طبیعی) تاثیرگذار باشد.
شکل ۲- علائم بیماری در برنج در وجود و عدم وجود سیلیسیم در گیاه
کمبود سیلیسیم باعث میشود گیاه به آفات و بیماریها حساستر شود. کمبود سیلیسیم منجر به نرم و افتاده شدن برگها، کاهش فعالیت فتوسنتزی، کاهش عملکرد دانه، افزایش میزان آفات حشره‌ای، کاهش تعداد خوشه‌ها و کاهش تعداد دانه‌های پر شده در هر خوشه برنج میشود.
کود دفندر سیلیسیم
این ترکیب با دارا بودن ۱۸ درصد وزنی سیلیسیم به همراه ۲ درصد اسید آمینه و ۸ درصد پتاسیم، تاثیر و کارایی ویژهای نسبت به سایر ترکیبات مشابه موجود در بازار دارد و به بهترین شکل کمبود این عنصر را در گیاهان جبران میکند.
استفاده از دفندر سیلیسیم باعث افزایش فتوسنتز در تمامی محصولات کشاورزی میشود. این محصول با بهبود گرده‌افشانی و افزایش قدرت باروری دانه‌های گرده، عملکرد گیاه را افزایش میدهد. همچنین یک ابزار بسیار مناسب برای جذب رطوبت اضافی در گیاهان است و از این طریق، از رشد عوامل بیماری‌زای گیاهی جلوگیری میکند.
نحوه عملکرد دفندر سیلیسیم
سیلیسیم در بافتهای اپیدرمی (بیرونی) ریشه‌ها و شاخه‌ها تجمع می‌یابد. ضخیم شدن لایه‌ی سیلیس و سلولز در گیاه، باعث افزایش پایداری گیاه میشود و مقاومت آن را در برابر تنشهای زیستی (آفات و بیماریها) و غیرزیستی (محیطی) بالا می‌برد. استفاده از دفندر سیلیسیم میتواند باعث افزایش وزن و حجم ریشه‌ها شود. سیلیسیم مثل یک عامل محافظ عمل کرده و تحمل گیاه در برابر تنشهای زیستی را افزایش میدهد. سیلیسیم باعث افزایش مقاومت گیاه نسبت به تنشهای غیرزیستی مانند سمیت آلومینیوم (Al) و منگنز (Mn) ، فلزات سنگین، شوری، یخبندان و خشکسالی میشود. همچنین باعث افزایش مقاومت خاک در برابر فرسایش شده و شستشوی عناصر غذایی مانند نیتروژن (N)، فسفر (P) و پتاسیم (K) را کاهش میدهد.
منابع:
- میر صفای مقدم، سیده مریم و پاداشت دهکایی، محمد نقی، (۱۳۹۳)، نقش سیلیسیم در افزایش مقاومت گیاهان در برابر بیماری ها،دومین همایش سراسری کشاورزی و منابع طبیعی پایدار،تهران
- کمالی مقدم، علی؛ ملکوتی، محمد جعفر. (۱۳۸۴). جایگاه تغذیه ای سیلیسیم (Si) در گیاهان. تهران: انتشارات سنا
- متشرعزاده، بابک؛ اعظم، نسیم. (۱۴۰۴). مروری بر یک دهه تحقیقات انجام شده در گروه علوم خاک دانشگاه تهران در زمینه شیمی سیلیسیم در خاک و نقش آن در تغذیه گیاه. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، ۵۳ (۶): ۱۴۶۶-۱۴۴۷.
- یوسفی، رحمان؛ اثنی عشری، محمود. (۱۳۹۸). نقش سیلیسیم روی برخی خصوصیات گلدهی و میوهدهی توتفرنگی در دوره دوم زایشی در شرایط گلخانه. مجله ترویجی سبزیجات گلخانهای، ۲ (۲): ۲۰-۱۳.