نویسندگان
1 دانشجوی دکتری بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک گروه علوم و مهندسی خاک پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران-ایران
2 گروه علوم و مهندسی خاک- دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی- پردیس کشاورزی و منابع طبیعی- دانشگاه تهران- کرج- ایران
3 استادیار دانشگاه الزهرا(س)
4 موسسه تحقیقات آب و خاک تهران
5 دانشگاه تهرانگروه علوم و مهندسی خاک- دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی- پردیس کشاورزی و منابع طبیعی- دانشگاه تهران- کرج- ایران
چکیده
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
To date, no research has been done on the role of periphyton in paddy fields, especially on phosphate solubilizing ability of bacteria and fungi isolated from the biofilm. The aim of this study was to investigate the phosphate solubilizing ability and some other plant growth promoting (PGP) traits of bacteria and fungi isolated from the periphyton sampled from 20 paddy fields in Guilan province. In this study, 44 bacterial isolates and 32 fungal isolates capable of solubilizing phosphate were isolated. Among the microbial isolates, effective 10 bacterial isolates and 5 fungal isolates were selected for additional tests. The results showed that bacterial isolates 13B25 and 6B11, with the highest phosphate solubilization, solubilized 354 and 327.3 mg P l-1, respectively. The ability to produce siderophore (based on HD / CD index) by isolate 13B25 and 6B11 was equal to 3.2 and 3.4, respectively, with a significant increase (p < 0.001) compared to other isolates. The production of indole-3-acetic acid by the isolates 13B25 and 6B11 was 175.3 and 205.7 μg ml-1, respectively. Among the fungal isolates, two isolates, 6F11 and 8F12, were the best in PGP traits. The solubilization content of phosphorus by these two fungal isolates was 742 and 818 mg l-1, respectively. The results of molecular identification of effective bacterial isolates showed that 13B25 and 6B11 were most similar to Bacillus cereus and Acinetobacter calcoaceticus, respectively. In addition, fungal isolates 6F9 and 8F12 were most similar to Talaromyces minioluteu and Talaromyces stipitatus, respectively.
کلیدواژهها [English]
زمینهای غرقابی امکاناتی مانند کمک به خود-پاکسازی[1] اکوسیستم و تأمین غذا برای بشر فراهم میکنند (مور و همکاران 2017؛ ژانگ و همکاران 2017). برای مثال، شالیزارها با سطح زیر کشت 159 میلیون هکتار غذای بیش از نیمی از جمعیت دنیا را فراهم میکنند (بی نام 2008). تولید پایدار برنج به ویژگیهای فیزیکی محیط رشد، تغییرات آب و هوایی، جمعیت میکروبی و جریان بهینه مواد غذایی و آب بستگی دارد (کیائو و همکاران 2012). کارایی مصرف کودهای شیمیایی در شالیزارها کم بوده به طوری که کارایی مصرف نیتروژن حدود 35-30 درصد و این مقدار برای فسفر تنها حدود 20-10 درصد میباشد (ژو و همکاران 2014). برخلاف خشکیها تشکیل زمین های غرقاب مصنوعی مانند شالیزارها با تغییر شرایط اکسید-احیا همراه است، که با فرآیندهای زیست محیطی مانند نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون و رسوب فلزات اکسیدی در ارتباط است (سو و همکاران 2017). عموماً، آزادسازی فسفر از خاک به آب سطحی (که منجر به آبشویی و هدررفت فسفر میشود) و رسوب فسفر (به شکلهای فسفات آهن، فسفات آلومنیوم و فسفات کلسیم) از عواملی هستند که باعث کاهش کارآیی مصرف این عنصر غذایی در شالیزارها میشوند (لو و همکاران a2016؛ وو و همکاران 2016). در نتیجه، هر ساله مقادیر زیادی از انواع کودهای شیمیایی در شالیزارها با هدف افزایش عملکرد برنج استفاده میشود (چائون و همکاران 2017؛ وو و همکاران 2016). این امر اغلب باعث بالا بردن مقدار مصرف کود در شالیزارها میشود که منجر به مشکلاتی نظیر آلودگی با منبع غیرنقطهای[2] (فراگیر)، آلودگی آبهای زیر زمینی، آزادسازی مواد شیمیایی ناخواسته و فلزات سنگین سمی در محیط آبی، اثرات منفی بر زندگی ماهی و دیگر آبزیان، کاهش کیفیت خاک، آسیب به ریشه گیاه و در نهایت کاهش محصول می شود (چو و همکاران 2016؛ هوانگ و همکاران 2014). به دلیل مشکلات زیادی که در کنترل تخلیه عناصر غذایی در شالیزارها وجود دارد، بهبود کارآیی مصرف عناصر غذایی یک نیاز فوری برای تامین پایدار نیاز غذایی گیاه و کاهش فراگیر آلودگی از این اکوسیستم ها است.
فسفر یکی از مهمترین عناصر غذایی برای رشد، توسعه و عملکرد گیاه میباشد. متاسفانه، فسفر در خاک تحرک کمی دارد و اکثر خاکها با کمبود فسفر برای تولید بهینه محصول مواجه هستند (تاکاشی و انور 2007). اکثر خاکها مقدار فسفر کل بالایی دارند (به طور میانگین 05/0 درصد)، و تنها 1/0 درصد از این مقدار برای گیاه قابل دسترس میباشد (ژو و همکاران 1992). تخمین زده میشود که 75 درصد کودهای فسفاته به کاربرده شده در خاک های آهکی به فرم فسفات کلسیم (Ca-P) و در خاکهای اسیدی به فرم فسفات آهن و آلومینیم (Fe-P، Al-P) رسوب میکند (جایشیر و همکاران2011). یکی از راههای اقتصادی و کم هزینه برای غلبه بر این مشکل، استفاده از ریزجانداران با توان انحلال فسفات در خاک میباشد (کاپنتر و همکاران 2008). بر طبق مطالعات گذشته مشخص شده است که ریزجانداران ریزوسفری در شالیزارها پتانسیل خوبی در حلالیت فسفات های نامحلول دارند (اوایس و همکاران 2017).
عموماً، بیشتر تحقیقات انجام شده روی جامعه میکروبی محرک رشد گیاه در شالیزارها تنها بر دو فاز آبی و خاکی متمرکز بوده است و اهمیت جامعه میکروبی بین آنها به عنوان سومین فاز در این اراضی نادیده یا دست کم گرفته شده است (لو و همکاران 2017). جلبکهای رشتهای با پیوستن به سطح خاک/ رسوب و اجتماع آن با باکتری، قارچ و دیگر میکرو و مزوارگانیسمهای خاک (مثلا پروتوزا و متازوا) لایهای را تشکیل میدهد که به عنوان لایه زیستی پریفایتیک[3] شناخته میشود (لیو و همکاران 2017؛ وو و همکاران 2016). پریفایتون به عنوان یک جامعه زیستی که عمدتاً از اجزاء فتواتوتروف تشکیل شده است، می تواند مقدار زیادی از مواد غذایی را جذب کند، آنزیمهای خارج سلولی مختلفی تولید کند و اسیدیته و شرایط رداکس را از طریق مصرف دیاکسید کربن و آزاد سازی اکسیژن در طی فرآیند فتوسنتز تغییر دهد (لیو و همکاران 2016؛ الوود و همکاران 2012). این موضوع اثبات شده که نقش اصلی لایه زیستی[4] پریفایتون تشکیل شده در برکه ها تنظیم کننده چرخه عناصر غذایی و جریان انرژی است و لذا به عنوان یک بافر زیستی برای رسوب و آزادسازی فسفر بوده و در واقع بعنوان یک مخزن / منبع عناصر غذایی بین خاک و لایه غرقاب بالای آن عمل می کند (سو و همکاران 2017؛ سینگ و همکاران 2017). با این حال، نقش لایه پریفایتیک در تسهیل انتقال مواد غذایی در زمینهای غرقاب مصنوعی مانند شالیزارها معمولاً نادیده و یا دست کم گرفته شده و نقش ویژه این لایه زیستی در تنظیم استفاده از نیتروژن و فسفر در این اراضی به ندرت گزارش شده است (وو و همکاران 2016). پریفایتون به دلیل حضور میکرو فلور حل کننده فسفات قادر است فسفر را به شکل معدنی و قابل جذب گیاه تبدیل نماید (لو و همکاران b2016؛ الوود و همکاران 2012؛ اینگلت و همکاران 2004). ریزجانداران حلکننده فسفر با مکانیسمهای مختلف از جمله تولید اسیدهای آلی مانند گلوکونیک، الفا-کتوگلوکونیک[5]، اگزالیک، سیتریک، استیک، سیتریک و سوکسونیک اسید و همچنین تولید H+ باعث افزایش حلالیت کانیها در خاک و فراهمی فسفر برای گیاه میشوند (منا و همکاران 2016؛ رودریگز و فراگا 1999). از جمله میکروفلور حل کننده فسفات در خاک میتوان به باکتریهای Pseudomonas، Bacillus و Klebsiella و قارچهای Penicillium و Aspergillus اشاره کرد (مناو همکاران 2015؛ شانور و همکاران 2014؛ ویرال و همکاران 2011؛ فرهات و همکاران 2009). میکروفلور محرک رشد گیاه با مکانسیمهای دیگری مانند تولید فیتوهورمونها مانند ایندول استیک اسید (IAA) (مناز و لازرویت 2006؛ پتن و گلیک 2002) و ترشح سیدروفور (چایارن و همکاران 2009؛ لیم و همکاران 1999) به رشد گیاه کمک میکنند. مطالعات گذشته نشان میدهد که جدایههای حل کننده فسفات، دارای سایر صفات محرک رشدی نیز میباشند، بر اساس یافتههای علمی، باکتریهای محرک رشد گیاه احتمالا با بیش از یک مکانیسم عمل میکنند (شارما و همکاران2013)؛ و عقیده بر این است که ریزسازوارههای حل کننده فسفات، به طور هم زمان دارای پتانسیل کنترل عوامل بیماریزای گیاهی و همچنین افزایش رشد گیاه از طریق تولید سیدروفور و IAA هستند (شارما و همکاران2013). تا کنون در لایه زیستی پریفایتون نقش میکرو فلور محرک رشد گیاه (PGPR[6]) به ویژه باکتریها و قارچهای حل کننده فسفات کمتر بررسی شده است. بنابراین هدف این مطالعه جداسازی و خالص سازی باکتری ها و قارچ های لایه زیستی پریفایتون و مطالعه خصوصیت حل کننده گی فسفات در وهله اول و دیگر ویژگی های محرک رشد گیاه آنها و انتخاب جدایه های برتر می باشد، تا با توجه به امکان کشت و تکثیر، پریفایتون در شرایط آزمایشگاهی از پتانسیل این لایه زیستی پس از مطالعات بیشتر گلخانه و مزرعه ای، نهایتا به عنوان یک کود زیستی فسفره غنی از میکرو فلور محرک رشد در شرایط مزرعه و بهبود شرایط تغذیه ای و عملکرد محصول برنج استفاده گردد.
[1] Self-purification
[2] Non-Point Source (NPS)
[3] Periphytic biofilm
[4] Biofilm
[5] α-ketogluconic acid
[6] Plant Growth Promoting Bacteria