Document Type : Research Paper
Keywords
Subjects
تاثیر باکتری اندوفیت باسیلوس سوبتیلیس POE26 بر فاکتورهای رشد و محتوی پرولین و اکسین در دو رقم گندم نان تحت تنش شوری
1 ایران، لرستان، دانشگاه لرستان، دانشکده علوم پایه، گروه زیست شناسی
2 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا، دانشکده علوم پایه، گروه زیست شناسی
3 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا، دانشکده کشاورزی، گروه حفاظت گیاهی
تاریخ دریافت: 27/11/1400 تاریخ پذیرش: 26/01/1401
چکیده
بمنظور بررسی اثرات شوری بر فاکتورهای رشد و محتوای پرولین و اکسین دو رقم تجارتی گندم دیم نان (میهن و حیدری) در مرحله گیاهچه ، صفات درصد جوانه زنی، طول و وزن تر و خشک قسمت هوایی و ریشه، سطح برگ و محتوای اکسین و پرولین در غیاب و حضور باکتری اندوفیت باسیلوس سوبتیلیس (Bacillus subtilis POE26) اندازه گیری شدند. دانههای گندم با باکتری تلقیح شدند، سپس جوانه ها در شرایط آزمایشگاهی کنترلشده در گلدان کاشته و با محلول غذایی هوگلند حاوی 6 سطح مختلف کلرید سدیم (NaCl) آبیاری شدند. اثر رقم بتنهایی و باکتری در غلظتهای پایین نمک، بر روی درصد جوانه زنی معنی دار نبود ولی در غلظتهای بالا وجود باکتری باعث افزایش درصد جوانه زنی گردید. شوری بتنهایی باعث افزایش طول ریشه و شوری و باکتری در کنار هم باعث کاهش طول ریشه گردید. ایفای نقش باکتری در تغییر طول ریشه بدون دخالت پرولین بود. در نهایت مشخص شد که تیمار باکتری، بر مراحل رشدی گیاه تحت تنش شوری تاثیرگذار است و افزایش سطح برگ در هر دو رقم مورد مطالعه می تواند بدلیل تولید اکسین توسط باکتری باسیلوس سوبتیلیس باشد. درنهایت بر مبنای صفات مورد بررسی، رقم حیدری مقاومتر از رقم میهن بود.
واژه های کلیدی: گندم، تنش شوری، باکتری اندوفیت، فاکتور رشد
* نویسنده مسئول، تلفن:09131103870 ، پست الکترونیکی: esfahani.m@lu.ac.ir
مقدمه
در قرن بیست و یکم، سوءتغذیه یکی از نگرانی های عمده جهانی است و بنابراین، برای تغذیه جمعیت دائما در حال رشد، نیاز به کشاورزی پایدار افزایش یافته است. تخمین زده شده است که 36 درصد از جمعیت جهان برای غذا و منبع درآمد به کشاورزی وابسته هستند. بهرحال، کشاورزی عمدتاً تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی است که باعث آسیبپذیری امنیت غذایی جهانی میشود (13). شوری بالای خاک یک نگرانی جهانی مهمی ایجاد کرده است که تولید پایدار محصولات زراعی از جمله گندم و برنج را در بیشتر مناطق جهان از جمله ایران مختل میکند. علاوه بر این، کمبود آب، گرمایش جهانی و بالا آمدن سطح آب دریاها باعث تشدید شوری خاکهای کشاورزی شده است بطورریکه سرعت گسترش شوری حدود 5/1 میلیون هکتار در هر سال تخمین زده میشود(20). بدلیل مقاوم نبودن بسیاری از واریتههای زراعی موجود در برابر شوری، روشهای کلاسیک غربالگری موفقیتهای محدودی داشته اند و این ژنوتیپ های شناسایی شده به منطقه جغرافیایی خاص تعلق دارند و نتوانستهاند در مکان های مختلف تحت شرایط تنش شوری زنده بمانند(23). شوری خاک باعث ایجاد تنش های اسمزی و یونی در گیاهان میشود که رشد گیاه را مهار میکند (16). شناسائی روشهائی که موجب تخفیف اثر تنش شوری شده و تا حد ممکن از افت عملکرد گیاهان جلوگیری نمایند، میتواند یکی از روشهای مقابله با این معضل باشد (21). با توجه به پرهزینه بودن تکنیکهای مهندسی ژنتیک، استفاده از میکروارگانیسمهای مفید برای افزایش تحمل به شوری در گیاهان، یک رویکرد جایگزین امکانپذیر برای بازیابی زمینهای مستعد شوری است(11). میکروارگانیسمهای ساکن در خاک بطور قابل توجهی به ارتقای رشد گیاه و تحمل به شوری کمک میکنند. این میکروبها روابط خاک-آب-گیاه را تقویت میکنند، سیگنالهای هورمونی گیاهی را دستکاری میکنند و چندین مکانیسم دیگر را فعال میکنند که بصورت یکپارچه برای افزایش تحمل به نمک و تنش خشکی در گیاهان کار میکنند(14و 15). اندوفیتهای باکتریایی در بافتهای زنده گیاهی ساکنند، بدون آنکه به گیاه صدمه ای بزنند. آنها قادرند همزیستی داخلی با گیاه برقرار نموده و برای گیاه یک محیط سودمند اکولوژیکی را ایجاد کنند که بواسطه آن نسبت به تنشهای محیطی متحمل شده و یا سبب بهبود و افزایش رشد گیاه شوند( 19 و 29) . یکی از راستههای باکتریهای اندوفیت، راسته Bacillals است که وجود سویههای دیگری از جنس Bacillus از این راسته، بعنوان باکتری اندوفیت در گیاهان دیگری بجز گندم نیز گزارش شده است(17). Robinson و همکاران (2016) باکتریهای اندوفیت گیاه گندم را مطالعه و وجود جنس Bacillus را در بین باکتریهای همزیست با گندم گزارش کردند (28). Lastochkina و همکاران(2017) خصوصیات مربوط به برخی اثرات سویه دیگری از Bacillus subtilis از این راسته از جمله تاثیر مثبتی که بر روی تنش خشکی طی همزیستی با ریشههای ارقام دیگری گندم دارند را گزارش کردهاند (18). بهر حال، سوالات بزرگی در درک مکانیسمهای میکروبی برای ارتقای رشد گیاه وجود دارد مانند این که چگونه اندوفیت ها تنش شوری را در گیاهان بهبود می بخشند؟ و یا چه نوع تغییرات فیزیولوژیکی در گیاهان در شرایط شوری رخ می دهد؟
در ایران وسعت خاکهای شور قابلتوجه و از معضلات جدی کشاورزی است. در سال زراعی 98 -1397 سطح محصولات زراعی حدود 12 میلیون هکتار بوده که از این مقدار حدود 8/51 اراضی با کشت آبی و 2/48 درصد اراضی با کشت دیم بوده است(1). نزدیک به 50 % این سطح زیرکشت به درجات مختلف با شوری، قلیایی بودن و غرقابی بودن روبرو هستند. گندم (Triticum aestivum L.) اساسیترین محصول در الگوی غذایی ایرانیان است و جایگـــاه ویـــژهای دارد، بـــگونـــهای کـــه همـــواره در سیاستگذاریهای کشاورزی محور اصلی بـوده اسـت. سطح زیرکشت گندم در کشور حدود 6 میلیون هکتار است که حدود ۲ میلیون هکتار کشت گندم آبی و ۴ میلیون هکتار گندم دیم میباشد. گندم دیم با تولید حدود 5/5 میلیون تن و سهم 5/71 درصد از کل میزان تولید محصولات زراعی دیم و گندم آبی که میزان تولید آن حدود 2/8 میلیون تن و سهم 9/10 درصد از کل میـزان تولیـد محصولات زراعی است، سهم قابل توجهی از تولیدات کشاورزی کشور را بخود اختصاص دادهاند(1). با توجه به اهمیت بارز گندم در تغذیه انسان ، لزوم شناسایی راهکارهایی موثر در بهبود تحمل شرایط تنش شوری ضروری است زیرا ارزش غذایی گیاه علاوه بر کنترل ژنتیکی، تحت تأثیر شرایط محیطی است. در این پژوهش، تاثیر همزیستی یک سویه باکتری باسیلوس سوبیتیلیس (Bacillus subtilis POE26) با دو لاین تجارتی گندم نان به نامهای میهن و حیدری در مرحله گیاهچه ای در شرایط تنش شوری مورد بررسی قرار گرفت و با بررسی فاکتورهای رشد، محتوی پرولین و اکسین، میزان تحمل و یا حساسیت این ارقام درمرحله گیاهچهای مطالعه شد.
مواد و روشها
ایـن آزمـایش بـمنظـور بررسـی اثـرات تـنش شوری در حضور و عدم حضور باکتری اندوفیت B. subtilis POE26 (30) بر درصد جوانهزنی، وزن تر ریشه، وزن تر قسمت هوایی، وزن خشک ریشه، وزن خشک قسمت هوایی، سطح برگ و میزان اکسین و پرولین در مرحلـه گیاهچـهای گنـدم در پـاییز 1397 در دانشـکده علوم دانشـگاه بوعلی سینا انجام گردید. 2رقم تجـارتی گنـدم دیم نـان بنامهای میهن و حیدری از مرکز تحقیقات جهاد کشاورزی همدان تهیه شده و در 6 سـطح شـوری شـامل صفر(محلول هوگلند پایه بعنوان شاهد)، 15، 30، 50، 100 و 150 میلیمولار سدیم بصورت آزمـایش فاکتوریـل در قالـب طـرح بلـوک هـای کامـل تصادفی با 3 تکـرار مـورد مطالعـه قـرار گرفتنـد. هـر گلـدان با قطر 11 سانتیمتر و حاوی ماسه شسته شده و استریل بـود. شـرایط دمـایی اتاق رشد بصورت 2± 20 درجه سانتیگـراد و شدت نور 6000 لوکس و بـمدت 16 سـاعت روشـنایی و 8 سـاعت تـاریکی تنظیم شد. گلدانها با غلظت هـای شوری مربوطه آبیاری شدند و هدایت الکتریکی(EC) آب زهکش آنهـا بوسیله ECمتـر دیجیتالی کنترل گردید. آبیـاری گلدانها تا مرحله 4 برگـی ادامه پیدا کرد. تمامی بوتـههـا هــر گلــدان برداشــت شــده و ریشه و برگ هـر یـک از آنهـا جـدا شدند. باکتری اندوفیت باسیلوس سوبتیلیس Bacillus subtilis POE26 در مطالعات پیشین از بافتهای شاخه گیاه Thuja orientalis (Cupressaceae) جداسازی شده بود(30).
باکتریها در محیط کشت نوترینت براث (NB) کشت داده شدند تا به غلظت حدود 108 CFU برسند. جذب محیط کشت مایع تلقیح شده در طول موج nm 650 در برابر محیط کشت تلقیح نشده، خوانده شد. چگالی نوری مورد قبول بین 1/0 تا 12/0 میباشد. سپس بذرهای جوانهزده در محیط استریل به محیط کشت مایع تلقیح شده منتقل و بمدت یک ساعت در شیکر با دور rpm 50-40 مخلوط شدند (31).
سطح برگ چند گیاه از هرگلدان با خطکش و کاغذ میلیمتری اندازهگیری و میانگین آنها، بعنوان اندازه سطح برگ هرگیاه در نظر گرفته شد. طول ریشه چند گیاه از هرگلدان با خطکش و کاغذ میلیمتری اندازه گیری و میانگین آنها اندازه طول ریشه هرگیاه در نظر گرفته شد. وزن تر برگ و ریشه چند گیاه از هرگلدان با ترازوی دیجیتال با دقـت یک ده هزارم گرم اندازهگیری شد. سپس گیاه قطعه قطعه شده و بمدت یک شب در آب مقطر دیونیزه در یخچال 4 درجه سانتیگراد نگهداری شدند. دوباره وزن آنها اندازه گیری و میانگین آنها بعنوان وزن هیدراته Hydrated Weight(HW) ثبت گردید. برای اندازهگیری وزن خشک، بـرگ و ریشه هـر تک بوته جداگانه بـمـدت 72 سـاعت در آون 75 درجه سانتیگراد قرار داده شد. سپس وزن خشـک بـرگ و وزن خشک ریشه بوسـیله تـرازوی دیجیتـالی بـادقـت یک ده هزارم گرم تعیـین شـد.
سنجش پرولین گیاه بروش Bates و همکاران انجام گرفت(10). 5/0 گرم ماده تر گیاهی با 10 میلیلیتر محلول 3٪ اسید سولفوسالیسیلیک سائیده شد. از مخلوط همگن حاصل پس از سانتریفوژ در3000 دور در دقیقه، 2 میلیلیتر برداشته شد و پس از افزودن 2 میلیلیتر معرف اسیدی نینهیدرین و 2 میلیلیتر اسیداستیک خالص در بنماری در دمای 90 درجه سانتیگراد بمدت یک ساعت قرار داده شد. سپس آنها را در حمام آب یخ گذاشته و پس از اضافه نمودن 4 میلیلیتر تولوئن، 15 تا 20 ثانیه ورتکس شدند، سپس مقدار جذب در طول موج 520 نانومتر توسط اسپکتروفتومتر Photonix مدلAr2017 خوانده شد و مقدار پرولین با استفاده از منحنی استاندارد آن بدست آمد.
ارزیابی این سویه باکتری از نظر توان تولید هورمون اکسین ایندول استیک اسید (IAA) با روش پیشنهاد ی Bric و همکاران انجام شد(12). ابتدا باکتری ها بمدت 48 ساعت در محیط کشت مولرهینتون کشت داده شدند. مقدار 50 میکرولیتر از سوسپانسیون باکتری به 25 میلی لیتر محیط کشت حاوی مقادیر صفر، 50 ، 100 ، 150 و 200 میکروگرم در میلی لیتر تریپتوفان اضافه و پس از 24 ساعت، سوسپانسیون خالص باکتری بمدت 10 دقیقه در g 10000 سانتریفیوژ شد. محلول رویی بنسبت 1 به 2 با معرف سالکوفسکی(150 میلیلیتر اسید سولفوریک غلیظ، 250 میلیلیتر آب مقطر و 7/5 میلیلیتر FeCl3.6H2O نیم مولار)مخلوط گردید. پس از 20 دقیقه نگهداری در دمای اتاق با استفاده از اسپکتروفتومتر Photonix مدل Ar2017 ، مقدار جذب نور در طول موج 535 نانومتر قرائت گردید(25). مقدار تولید هورمون IAA با مقایسه جذب آن با جذب نمودار استاندارد تهیه شده از ایندول استیک اسید محاسبه شد.
آنالیز آماری
آنالیز آماری توسط نرم افزار SPSS ver.18 انجام گردید. مقادیر، میانگین سه تکرار میباشند. مقایسه میانگینها بر اساس نتایج آزمون چنددامنهای دانکن و در سطح P<0.05 و P<0.01 می باشند.
نتایج
نتایج حاصل از مقایسه میانگین دادههای مربوط به ارزیابی درصد و سرعت جوانهزنی (شکل 1) نشان داد که تاثیر غلظت شوری بر جوانه زنی در هر دو رقم معنادار بود و از غلظت 150 میلیمولار به بالا جوانهزنی کاهش یافت و در غلظت 1 مولار به صفر رسید. در غلظت های پایین شوری، تیمار با باکتری تاثیر معناداری بر جوانه زنی نداشت اما در غلظتهای 200 میلی مولار به بالا تیمار با باکتری باعث افزایش جوانه زنی شد.
شکل 1 - تاثیر تیمارهای شوری و باکتری Bacillus subtilis POE26 بر درصد جوانهزنی گیاهچه گندم رقمهای میهن و حیدری تحت تنش شوری (0، 50، 100، 150، 200، 500 و 1000میلیمولار). مقادیر، میانگین 10 تکرار میباشند. غلظت 0 بعنوان شاهد در نظر گرفته شده است. برای هر رقم جداگانه، اختلاف درصدها با حروف غیرمشترک در هر ستون، بیانگر تفاوت معنادار آماری (P<0.05) بر اساس نتایج آزمون چنددامنهای دانکن می باشد. (رقم میهن بدون باکتری:MG-B، رقم میهن با باکتری:MG+B، رقم حیدری بدون باکتری: HG-B، رقم حیدری با باکتری: HG+B)
در رقم میهن تاثیر غلظت بر همه فاکتورهای رشد بتنهایی معنی دار می باشد. در این رقم و در غیاب باکتری با افزایش غلظت نمک، طول بخش هوایی و سطح برگ کاهش یافت و این کاهش در حضور باکتری شدیدتر بود. در این رقم و در غیاب و حضور باکتری با افزایش غلظت نمک، طول ریشه افزایش یافت. وزن تر و خشک گیاهچه ها نیز تا غلظت 30 میلیمولار افزایش و سپس کاهش یافت که این کاهش در حضور باکتری خفیفتر بود. مقدار پرولین در حضور و عدم حضور باکتری افزایش یافت که این افزایش در حضور باکتری کمتر بود. مقدار اکسین در این رقم تحت اثر شوری تا غلظت 30 میلیمولار افزایش و پس از آن کاهش یافت(جدول 1).
جدول 1- تاثیر تیمارهای شوری و باکتری Bacillus subtilis POE26 بر فاکتورهای رشد و محتوای پرولین و اکسین گیاهچه گندم رقم میهن تحت تنش شوری (0، 15، 30، 50، 100 و 150 میلیمولار). مقادیر میانگین سه تکرار ± SE میباشند. درصد تغییرات نسبت به غلظت 0 (بعنوان شاهد) در پرانتز درج شده است. برای هر صفت جداگانه، اختلاف میانگینها با حروف غیرمشترک در هر ستون، بیانگر تفاوت معنادار آماری (P<0.05) بر اساس نتایج آزمون چنددامنهای دانکن می باشد.
|
|
|
میهن |
|
|
||||
|
|
سطوح شوری (mmol) |
طول بخش هوایی (mm) |
طول ریشه (mm) |
سطح برگ (mm2) |
وزن تر (g) |
وزن خشک (g) |
پرولین (mg/g FW) |
اکسین (ng/g FW) |
|
بدون باکتری |
0(شاهد) |
372±2/5e |
64±3/2a |
112±1/2e |
0/94±0/04d |
0/21±0/03cd |
1/12±0/06a |
265±9cd |
|
15 |
3±323 d (%13-) |
105±5e (64%+) |
125±2/5f (11%) |
1/54±0/04e (15%+) |
0/25±0/03e (14%+) |
1/3±0/03ab (16%+) |
274±9d (3%+) |
|
|
30 |
298±20c (20%-) |
113±3/6f (76%+) |
140±1/5g (25%-) |
1/21±0/04f (29%+) |
0/3±0/02f (36%+) |
1/4±0/05bcd (25%+) |
281±11d (6%+) |
|
|
50 |
319±1/5d (14%-) |
123±2/6g (92%+) |
152±1/5h (35%-) |
0/59±0/07b (36%-) |
0/11±0/02a (50%-) |
1/5±0/08de (34%+) |
249±14c (6%-) |
|
|
100 |
380±1/5e (2%+) |
138±1/5h (116%+) |
115±2e (3%-) |
0/75±0/04c (20%-) |
0/16±0/02b (27%-) |
1/7±0/07fg (52%+) |
185±11a (30%-) |
|
|
150 |
301±1/5c (19%-) |
124±3/2g (94%+) |
99±1/7d (11%-) |
0/52±0/03a (44%-) |
0/1±0/02a (55%-) |
1/9±0/11g (70%+) |
185±15a (30%-) |
|
|
با باکتری |
0 |
241±1/5a (35%-) |
91±2c (42%+) |
114±0/6e (2%) |
0/5±0/03f (64%-) |
0/24±0/01de (9%+) |
1/3±0/09ab (16%+) |
306±11e (15%+) |
|
15 |
230±1/5a (38%-) |
162±2/5i (153%+) |
114±1/7e (2%+) |
1/5±0/04g (64%+) |
0/3±0/02f (36%+) |
1/3±0/08abc (16%+) |
309±11e (17%+) |
|
|
30 |
231±2/5a (38%-) |
98±2/5d (53%+) |
93±4c (17%-) |
0/93±0/02d (1%-) |
0/18±0/02b (18%-) |
1/3±0/07abc (16%+) |
321±12e (21%+) |
|
|
50 |
262±4/9b (30%-) |
115±2f (81%+) |
77±2/6b (31%-) |
0/87±0/06d (7%-) |
0/19±0/02bc (5%-) |
1/3±0/1abc (16%+) |
283±6d (7%+) |
|
|
100 |
321±3d (14%-) |
184±5/3j (187%+) |
71±2/6a (36%-) |
1/02±0/05e (9%-) |
0/22±0/03de (14%-) |
1/5±0/09cd (34%+) |
219±10b (17%-) |
|
|
150 |
330±3/5d (11%-) |
81±1/5b (27%+) |
69±1a (38%-) |
0/51±0/03a (45%-) |
0/1±0/02a (55%-) |
1/6±0/11ef (43%+) |
207±13b (22%-) |
|
|
|
||||||||
جدول 2- همبستگی پیرسون میان صفات مورد بررسی درگیاهچه گندم رقم میهن تحت تنش شوری و باکتری Bacillus subtilis POE26. ns، *و **: بترتیب بیانگر عدم اختلاف معنیدار و اختلاف معنیدار در سطوح احتمال پنج و یک درصد میباشند.
|
صفات مورد بررسی |
طول هوایی |
طول ریشه |
سطح برگ |
وزن تر |
وزن خشک |
پرولین |
||
|
طول هوایی |
|
|
|
|
|
|
||
|
طول ریشه |
ns1/0- |
|
|
|
|
|
||
|
سطح برگ |
ns 11/0 |
ns09/0- |
|
|
|
|
||
|
وزن تر |
ns 24/0- |
*40/0 |
ns 16/0 |
|
|
|
||
|
وزن خشک |
ns 32/0- |
ns19/0 |
ns 27/0 |
**78/0 |
|
|
||
|
پرولین |
ns 32/0 |
ns26/0 |
ns12/0- |
**44/0- |
**63/0- |
|
||
|
اکسین |
**71/0- |
ns21/0- |
ns22/0 |
**47/0 |
**61/0 |
**75/0- |
|
|
در رقم حیدری نیز تاثیر غلظت بر همه فاکتورهای رشد بتنهایی معنیدار می باشد. در این رقم بر خلاف رقم میهن و در غیاب باکتری با افزایش غلظت نمک، طول بخش هوایی افزایش یافت و حضور باکتری از شدت این افزایش کاست. در این رقم همانند رقم میهن و در غیاب و حضور باکتری با افزایش غلظت نمک، طول ریشه افزایش یافت و این افزایش در غیاب باکتری شدیدتر بود. با افزایش شوری تا سقف 30 میلیمولار سطح برگ افزایش داشت و پس از آن متحمل کاهش شد. وزن تر و خشک گیاهچهها نیز تا غلظت 100 میلیمولار افزایش و سپس کاهش یافت که این کاهش در حضور باکتری خفیفتر بود. همانند رقم میهن مقدار پرولین در حضور و عدم حضور باکتری افزایش یافت که این افزایش در حضور باکتری کمتر بود. مقدار اکسین در این رقم تحت اثر شوری تا غلظت 30 میلیمولار افزایش و پس از آن کاهش یافت(جدول 3).
جدول 3- تاثیر تیمارهای شوری و باکتری Bacillus subtilis POE26 بر فاکتورهای رشد و محتوای پرولین و اکسین گیاهچه گندم رقم حیدری تحت تنش شوری (0، 15، 30، 50، 100 و 150 میلیمولار). مقادیر میانگین سه تکرار ± SE میباشند. درصد تغییرات نسبت به غلظت 0 (بعنوان شاهد) در پرانتز درج شده است. برای هر صفت جداگانه، اختلاف میانگینها با حروف غیرمشترک در هر ستون، بیانگر تفاوت معنادار آماری (P<0.05) بر اساس نتایج آزمون چنددامنهای دانکن می باشد.
|
|
|
حیدری |
|
|
||||
|
|
سطوح شوری (mmol) |
طول بخش هوایی (mm) |
طول ریشه (mm) |
سطح برگ (mm2) |
وزن تر (g) |
وزن خشک (g) |
پرولین (mg/g FW) |
اکسین (ng/g FW) |
|
بدون باکتری |
0(شاهد) |
3±353b |
62±3a |
131±20fg |
0/73±0/03d |
0/14±0/01ab |
1/21±0/03a |
292±8ab |
|
15 |
i5/1±440 (%24) |
103±6d (66%+) |
141±2g (8%) |
1/21±0/04f (66%+) |
0/25±0/01cd (78%+) |
1/26±0/03ab (4%+) |
314±5bc (7%+) |
|
|
30 |
431±6/2h (22%) |
114±4f (84%+) |
120±2def (8%-) |
1/51±0/03g (107%+) |
0/31±0/01d (121%+) |
1/39±0/04bc (15%+) |
314±9bc (8%+) |
|
|
50 |
431±1/5h (22%) |
132±3h (113%+) |
166±2h (27%) |
1/20±0/04f (64%) |
0/25±0/01acd (79%) |
1/44±0/10c (19%+) |
282±11ab (4%-) |
|
|
100 |
405±13f (14%+) |
144±4i (132%+) |
123±3ef (6%-) |
0/69±0/06cd (4%-) |
0/14±0/02ab (0%) |
1/7±0/07d (40%+) |
270±10a (8%-) |
|
|
150 |
371±1/5d (5%) |
132±3h (113%+) |
49±3a (63%-) |
0/53±0/03b (29%-) |
0/11±0/01ab (21%-) |
1/83±0/08e (51%+) |
270±14a (9%-) |
|
|
با باکتری |
0 |
311±2/3a (12%-) |
73±2b (18%+) |
96±12c (27%-) |
0/5±0/03b (32%-) |
0/09±0/01ab (36%-) |
1/24±0/06a (5%+) |
322±11bc (11%+) |
|
15 |
352±2/3b (2/0%-) |
124±5g (100%+) |
210±3j (60%+) |
1/61±0/04h (121%+) |
0/24±0/16cd (71%+) |
1/3±0/09abc (7%+) |
336±9c (15%+) |
|
|
30 |
369±4d (5/4%) |
107±3de (73%+) |
108±8cd (18%-) |
0/66±0/02c (10%-) |
0/14±0/01ab (0%) |
1/32±0/08abc (9%+) |
318±64bc (21%+) |
|
|
50 |
423±1/3g (20%) |
106±2de (71%+) |
190±4i (45%) |
0/82±0/02e (12%-) |
0/16±0/02bc (14%) |
1/28±0/07ab (6%+) |
301±4abc (2%+) |
|
|
100 |
361±5/1c (3/2%) |
111±2ef (79%+) |
111±4e (15%-) |
0/32±0/02a (56%-) |
0/07±0/01a (36%+) |
1/44±0/10c (19%+) |
287±10ab (2%-) |
|
|
150 |
383±3/6e (5/8%) |
83±3c (34%+) |
76±4b (42%-) |
0/28±0/01a (62%-) |
0/50±0/01a (29%-) |
1/63±0/11d (34%+) |
286±15ab (3%-) |
|
جدول4- همبستگی پیرسون میان صفات مورد بررسی درگیاهچه گندم رقم حیدری تحت تنش شوری و باکتری Bacillus subtilis POE26. ns، *و **: بترتیب بیانگر عدم اختلاف معنیدار و اختلاف معنیدار در سطوح احتمال پنج و یک درصد میباشند.
|
صفات مورد بررسی |
طول هوایی |
طول ریشه |
سطح برگ |
وزن تر |
وزن خشک |
پرولین |
||
|
طول هوایی |
|
|
|
|
|
|
||
|
طول ریشه |
**45/0 |
|
|
|
|
|
||
|
سطح برگ |
ns 29/0 |
ns 17/0 |
|
|
|
|
||
|
وزن تر |
**45/0 |
ns 33/0 |
**67/0 |
|
|
|
||
|
وزن خشک |
**54/0 |
ns 29/0 |
**52/0 |
**86/0 |
|
|
||
|
پرولین |
ns 10/0 |
**51/0 |
**53/0- |
*34/0- |
ns 23/0- |
|
||
|
اکسین |
ns 15/0- |
ns 25/0- |
*37/0 |
*41/0 |
ns 30/0 |
**47/0- |
|
|
جدول 5- نسبت ریشه به بخش هوایی تحت تاثیر تیمارهای شوری (0، 15، 30، 50، 100 و 150 میلیمولار) و باکتری Bacillus subtilis POE26 درگیاهچه گندم رقمهای میهن و حیدری. برای هر رقم جداگانه، اختلاف میانگینها با حروف غیرمشترک در هر دو ستون، بیانگر تفاوت معنادار آماری (P<0.05) بر اساس نتایج آزمون چنددامنهای دانکن می باشد.
|
|
رقم میهن |
رقم حیدری |
||
|
سطوح شوری(mmol) |
بدون باکتری |
با باکتری |
بدون باکتری |
با باکتری |
|
0 |
a17/0 |
e38/0 |
a20/0 |
c23/0 |
|
15 |
c33/0 |
i70/0 |
e29/0 |
g35/0 |
|
30 |
e38/0 |
f42/0 |
f31/0 |
e29/0 |
|
50 |
e39/0 |
g44/0 |
f31/0 |
d25/0 |
|
100 |
d36/0 |
h57/0 |
h40/0 |
f31/0 |
|
150 |
f41/0 |
b25/0 |
g34/0 |
b21/0 |
نتایج مشخص کرد که در گیاهچههای گندم تحت تنش شوری با افزایش سطح شوری (در نبود باکتری) محتوای اکسین تا غلظت 50 میلی مولار نسبتا ثابت بوده و پس از آن بشکل معنیداری کاهش می یابد. محتوی اکسین در رقم حیدری نسبت به میهن به طرز معنی داری بیشتر بود. تیمار با باکتری بطرز معنی داری محتوی اکسین را بالا برد. نتایج نشان حاصل از سنجش تولید هورمون اکسین توسط باکتری در شکل 2 نشان داده شده است. نتایج مشخص کرد که در باکتری با افزایش سطح تریپتوفان، محتوای اکسین بشکل معنیداری افزایش می یابد.
شکل 2- تاثیر غلظتهای تریپتوفان بر محتوای اکسین محیط کشت باکتری Bacillus subtilis POE26 مقادیر میانگین سه تکرا ر میباشند. اختلاف میانگینها با حروف غیرمشترک در هر ستون، بیانگر تفاوت معنادار آماری0.05) (P< بر اساس نتایج آزمون چنددامنهای دانکن می باشد.
بحث و نتیجه گیری
شوری یکی از استرس های شدید است که از دو جنبه بر گیاه تاثیر منفی می گذارد: درگام نخست ریشه با آن مواجه شده و در کوتاه مدت باعث استرس اسمتیک و کاهش دسترسی به آب می گردد. در گام بعدی و در درازمدت باعث سمیت یونی و برهم خوردن توازن ریزمغزیها در سیتوسول می شود(9). شوری مانع اصلی برای تولید مثل گیاهان در مرحلهی جوانهزنی محسوب میشود(4) در شوریهای پایین عامل محدودکننده رشد، کمبود عناصر ضروری لازم برای رشد دانهرست میباشد، در حالی که در شوریهای بالا عامل محدودکننده، تنش شوری بوده که با ایجات اثرات اسمزی و سمیت یونی رشد دانهرست را مختل میسازد(2). در هر دو رقم در غلظت 200 میلیمولار، تیمار با باکتری باعث افزایش معنیدار جوانهزنی بذرها شد. تاثیر مثبت باکتریهای تولیدکننده فیتوهورمونهایی مانند ایندول استیک اسید، جیبرلینها و سیتوکینینها بر جوانهزنی، در مطالعات پیشین مورد تایید قرار گرفته بودند(17). جوانهزنی در غلظت بالاتر متوقف شده بود که نشان داد این دو رقم گندم در خاکهای شور با غلظت بیش از 200 میلیمولار قادر به جوانه زنی نیستند.
تغییر طول بخش هوایی با تغییر سطح شوری در هر دو رقم گندم با یکدیگر اختلاف معنی دار دارد. عموما تیمار شوری باعث کاهش بخش هوایی در گیاه می شود که می تواند بشکل کاهش رشد و ریزش برگها بواسطه افزایش تولید اتیلن باشد. این یک مکانیسم دفاعی با هدف جلوگیری از تعرق و از دست دادن آب می باشد(9). شوری در رقم میهن بر روی طول بخش هوایی تاثیر منفی دارد اما در رقم حیدری با افزایش غلظت نمک، رشد بخش هوایی افزایش یافته است. در تیمار باکتری با افزایش غلظت نمک، رشد بخش هوایی کاهش یافته است.
ریشه اندامی اسـت کـه وظیفه جـذب آب و امـلاح معـدنی را بـعهده دارد و تنش شوری بیشتر از ناحیه ریشه بـه گیـاه وارد می شود زیرا که نخستین بخشی از گیاه که با شوری مواجه می گردد، ریشه ها هستند(3). اثر غلظت بتنهایی بر طول ریشه در هر دو رقم معنی دار بود یعنی طول ریشه با افزایش سطح شوری در هر دو رقم گندم نسبت به شاهد افزایش یافت ولی از این لحاظ بین دو رقم تفاوتی وجود ندارد. این امر می تواند بدلیل تمایل ریشه گیاه به فرار از ناحیه شور در بستر و ورود به نواحی با شوری کمتر باشد. در رقم میهن تیمار با باکتری باعث افزایش طول ریشه شده است. در رقم حیدری نیز تیمار با باکتری باعث افزایش طول ریشه نسبت به شاهد شد اما این افزایش نسبت به عدم حضور باکتری، کمتر بود. آنالیز ضریب همبستگی بین طول ریشه و محتوای اکسین نشان داد که در یک همبستگی ضعیف معکوس بین این دو عامل وجود دارد یعنی با افزایش غلظت اکسین، طول ریشه کاهش مییابد. در هر دو رقم حضور باکتری باعث کاهش شدیدتر طول ریشه نسبت به شاهد و حالت عدم حضور باکتری میگردد که با توجه به این که باکتری مورد بررسی، تولیدکننده اکسین است، این کاهش را می توان به افزایش سطح اکسین باکتریایی در ریشه نسبت داد.
یک شاخص مهم برای ارزیابی تاثیر تنش بر گیاه، تغییر نسبت ریشه به بخش هوایی میباشد. با افزایش شوری در هر دو رقم و در غیاب باکتری، نسبت ریشه به بخش هوایی افزایش یافت(جدول 5) که با مطالعات Acosta-Motos و همکاران(2017) مطابقت داشت که این کاهش را هم در گیاهان حساس و هم مقاوم گزارش کرده بودند(9). این افزایش نسبت ریشه به بخش هوایی یک مکانیسم مقاومت و بقاء است و گیاه با افزایش این نسبت، یونهای سمی را در ناحیه ریشه مهار میکند تا از انتقال آنها به بخش هوایی جلوگیری کند(9).
با افزایش سطح تنش شوری، محتوای پرولین آزاد نمونهها افزایش معنیدار یافت. کاربرد باکتری، بتنهایی موجب افزایش معنیدار پرولین در تیمار باکتری در هر دو رقم گیاهچههای گندم نسبت به گروه شاهد شد. بین دو رقم اختلاف معناداری از نظر مقدار پرولین دیده نشد. در حضور هر دو عامل شوری و باکتری و در هردو رقم، تیمار با باکتری باعث کاهش محتوای پرولین نسبت به غلظتهای مشابه در غیاب باکتری گردید. آنالیز ضریب همبستگی بین محتوای پرولین آزاد و فاکتورهای رشد دیگر نشان داد که در رقم میهن بین طول ریشه و بخش هوایی با محتوای پرولین همبستگی قوی (>7/0) وجود ندارد اما در رقم حیدری بین پرولین و طول ریشه همبستگی وجود دارد. با توجه به تاثیر مثبت تیمار باکتری درافزایش طول ریشه و همبستگی بین مقدار پرولین و طول ریشه در رقم حیدری و عدم وجود همبستگی در رقم میهن برغم افزایش طول ریشه، می توان نتیجه گرفت که ایفای نقش باکتری در تغییر طول ریشه بدون دخالت پرولین باشد. البته Poustini و همکاران (2007 )نیز با مطالعه گندم گزارش نمودند که همبستگی معنیداری میان تجمع پرولین برگ و تحمل به تنش شوری در ارقام گندم دیده نشد(26). در هر دو رقم بین محتوای پرولین و وزن تر و خشک گیاه یک همبستگی معکوس وجود دارد. گیاهان بـرای ساختن مواد آلی (مانند پرولین) انرژی زیادی صرف میکننـد کـه بـا صـرف انرژی زیاد جهت تنظیم اسـمزی بـرای مقابلـه بـا شـوری باعـث کـاهش کـارائی ریشـه در تـامین عناصر غذایی و آب برای سایر اندام ها میشـود و رشد اندامهای هوایی کاهش یافته و در نتیجـه تنش شوری باعـث کـاهش انـدامزائـی و تولیـد ماده خشک شده و در نهایت کاهش انتقال مواد غذایی از لپهها به محور جنینی را بدنبال داشـته و در نتیجـه کـاهش وزن ریشــه و وزن سـاقه را منجر شود(6).
در هر دو رقم میهن و حیدری با افزایش شوری بترتیب تا 30 و 50 میلی مولار وزن تر افزایش مییابد که این افزایش در حیدری بیشتر از میهن است. در غلظت های بالاتر کاهش وزن تر را میبینیم. تفاوت بین نمونه های تیمار دیده با باکتری و تیمار ندیده معنیدار است و تاثیر تیمار با باکتری بر روی وزن تر در هر دو رقم معنیدار است و رقم میهن نسبت به حیدری حساستر است. در مجموع تیمار با باکتری در هر سطح از تنش شوری باعث حفظ وزن تر گیاهچهها نسبت به گروه کنترل شدند.
Munus و James (2003) با مطالعه واکنش ارقام گندم دوروم به تنش شوری، بررسی وزن خشک بوته را یکی از صفات اصلی قابل بررسی و قابل اطمینان جهت بررسی واکنش گیاهان به تنش شوری بیان نمودند (22). Zhao و همکاران (2007) نیز با بررسی ارقام یولاف گزارش دادند که تنش شوری سبب کاهش معنیدار وزن بوته در گیاهچه یولاف گردید (32). در هر دو رقم با افزایش شوری تا 30 میلی مولار وزن خشک افزایش مییابد که این افزایش در حیدری بیشتر از میهن است. در غلظتهای بالاتر کاهش وزن خشک را میبینیم. این کاهش وزن خشک با نتایج فرهودی (1392) نیز مطابقت داشت(4). تفاوت بین نمونههای تیمار دیده با باکتری و تیمار ندیده معنیدار است. در هر دو رقم تیمار باکتری باعث افزایش وزن خشک شد. مستاجران و قاسمی(1397) نیز با تلقیح گیاه گندم نشان دادند که وزن خشک ریشه و بخش هوایی در اثر تلقیح با برخی سویههای آزوسپیریلوم افزایش معنیداری نشان داد(7). همانند وزن تر، تغییر وزن خشک با تغییر سطح شوری در هر دو رقم گندم با یکدیگر اختلاف معنیدار دارد و رقم میهن نسبت به حیدری حساستر است.در مجموع تیمار با باکتری در هر سطح از تنش شوری باعث افزایش وزن خشک گیاهچهها نسبت به گروه کنترل شدند. این امر می تواند به تولید و انباشتگی ترکیباتی مانند اسمولیتها در گیاه جهت مقاومت در برابر تنش شوری باشد(9).
ممکن است کاهش وزن خشــک و تر در غلظتهای بالای نمک در اثــر اختلال در جذب مواد غـذایی لازم جهـت رشـد باشد. این کاهش میتواند در نتیجه اثرات منفی تنش شوری روی تولید ریشهها و ساقههـای کـم وزن تـر توسـط گیاهچه باشد. سمیت یونی، عدم تعـادل عناصر غذایی و بهم خوردن تنظـیم اسـمزی ازاثرات تنش شوری است. محــیط شــور دارای مقـدار زیـادی از یـونهـای مضـر ماننـد منیزیم، کلر، سدیم و سولفات مـیباشـد کـه یـا خـود آنهـا مضـر هسـتند یـا باعـث اخـتلال در متابولیسمهای عناصر غـذایی دیگـر مـیشـوند. مثلاٌ رقابت سدیم با پتاسیم و کلر با نیترات باعث اختلال در جـذب عناصـر غـذایی مـیشـود. در نتیجه گیاه با صرف انرژی بیشتر برای تولید مـواد آلی خود، انرژی لازم برای مقابله با تنش شوری را از دست داده و کارایی ریشه با کاهش مواجـه شده و نهایتاٌ رشد اندام هوایی کـاهش یافتـه و از طول و وزن آنهـا کاسـته شـ ده و در نهایـت وزن خشک برگ و اندام هوائی با کاهش مواجه مـیشود(3).
در رقم میهن بین طول ریشه و طول بخش هوایی و سطح برگ همبستگی مشاهده نشد اما در رقم حیدری بین طول ریشه با طول بخش هوایی یک همبستگی متوسط و با سطح برگ یک همبستگی ضعیف دیده شد که این امر می توانـد نشـان دهنده ارتباط بین ریشه (بـعنـوان انـدامی که آب و عناصر غذایی لازم را بسایر انـدام هـا منتقل میکند) با اندام هوایی و برگ باشد. یعنـی تا زمانی که تنش شوری وجود ندارد ایـن انتقـال با موفقیت صورت گرفته و هر گونـه افـزایش درطول یـا وزن ریشـه باعـث افـزایش طـول و وزن برگ و اندام هوایی و بیومس کل خواهد شـد وبر عکس هر چـه گیـاه در معـرض شـوری قـرار بگیرد با کاهش بیومس ریشه از وزن سایر قسمت ها نیز بدلیل عدم انتقال یا انتقال کم آب و عناصـر غذایی از ناحیـه ریشـه کاسـته خواهـد شـد. ایـن نتـایج بـا نتـایج اقبـال و نسیم (24) کـه ضـرایب همبسـتگی بـین صــفات در مرحلــه گیاهچــهای را معنــیدار ارزیابی کرده بودند، مطابقت داشت. از طرفـــی انتقـــال کربوهیدراتهای غیرساختمانی از ریشه به اندام هوایی در شرایط شوری نسبت به شرایط طبیعـی کمتر است، در نتیجه بیوماس کل تولید شـده در اثر تنش شـوری کـاهش مـی یابـد . دلیـل دیگـر کاهش وزن بیوماس کل میتواند ناشی از هزینـه انرژی متابولیک مربوط به سـازگاری در شـرایط تنش، کاهش نرخ فتوسنتز در واحد سطح برگ ،کاهش جذب کربن، صدمه به بافتها و رسـیدن به حداکثر غلظـت نمکـی باشـد کـه گیـاه آن را تحمل میکند. کاهش وزن خشـک بیومـاس در اثر افزایش سطوح شـوری نشـان دهنـده حسـاس بودن گندم به تنش شوری در مراحل اولیه رشـد و بخصـوص در مرحلـه 4-3 برگـی مـیباشـد(3)
برگ مکان اصلی فتوسنتز در گیاه است و هرگونه آسیب فیزیکی و عملکردی به آن موجب کاهش عملکرد گیاه میگردد. کاهش سطح برگ یکـی از اولـین واکـنش هـای گیاهان در برابر تـنش شـوری مـیباشـد . بـه ایـن دلیل که تجمع ماده خشک و سطح برگ توسط شوری بطور پیوسـته کـاهش مـییابـد، ممکـن است کاهش سطح برگ یکی از دلایـل کـاهش رشد در اثر شوری باشد. تـنش شـوری از طریـق کاهش تکثیر سلولی و کاهش تجمع مـاده خشـک باعـث کوتـاه شـدن میـانگرههـا شـده و ارتفاع بوته و در نتیجه وزن خشک برگ و اندام هوایی را کاهش مـیدهـد . البتـه بعضـی از منـابع علت اصلی کاهش وزن برگ را کـاهش تعـداد پنجه در گلدان و در نتیجه کـاهش سـطح بـرگ دانسـتهانـد. آنهـا بیـان داشـتند کـه مقـداری از تفاوت در تعداد پنجـه بـه تفـاوتهـای ژنتیکـی ارقـام بـر مـیگـردد (6). سـطح اندامهای فتوسنتز کننده در اثـر تـنش شـوری بـراثـر مـرگ تعـدادی از بـرگ هـا بسـیار کـاهش مییابد و راندمان فتوسنتز برگ هـای بـاقی مانـده نیـــز زیـــاد نمـــیباشـــد. در این تحقیق هم مشاهده شد که در اثر تیمار شوری و در غیاب باکتری سطح برگ کاهش یافت اما تیمار با باکتری باعث افزایش سطح برگ نسبت به عدم حضور باکتری گردید. مقصودی و همکاران(1393) نشان دادند که در اثر کاربرد اکسین، شاخص سطح برگ افزایش یافته و در دوام سطح برگ گندم دوروم نیز اثر مثبتی نشان داد(8). تولید اکسین توسط این باکتری مورد تایید قرار گرفت که با نتایج Lastochkina و همکاران(2017) مطابقت دارد(18). از این رو میتوان نتیجهگیری کرد که افزایش سطح برگ در هر دو رقم مورد مطالعه میتواند بدلیل تولید اکسین توسط باکتری باسیلوس سوبتیلیس باشد. درنهایت بر مبنای صفات مورد بررسی، رقم حیدری در برابر تنش شوری مقاومتر از رقم میهن بود. با توجه به نقش این باکتری در تحمل شوری گیاه، پیشنهاد میشود که در مورد جایگاه استقرار این باکتری در گیاه و سایر تاثیرات آن بر فیزیولوژی و عملکرد اقتصادی رقم های تجاری بومی گندم مطالعات تکمیلی انجام گردد.
سپاسگزاری
این پروژه تحقیقاتی در دانشکدههای علوم پایه دانشگاههای بوعلیسینا و لرستان انجام شده که بدینوسیله از کلیه کسانی که در انجام این پروژه همکاری کردند، تشکر و قدردانی میشود.
1- احمدی، ک.، عبادزاده,ح.ر.، حاتمی، ف.، عبدشاه، ه.، کاظمیان، آ.، 1399 آمارنامه کشاورزی سال زراعی 98- 1397. وزارت جهادکشاورزی، معاونت برنامه ریزی و اقتصادی، مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات.
2- بناکار، م.ح.، امیری، ح.، رنجبر، غ.ح.، سرافراز اردکانی، م.ر.، 1400، تعیین آستانه تحمل به شوری تودههای مختلف شنبلیله (Trigonella Foenum-graecum L.) در مرحله جوانهزنی با استفاده از مدلهای تجربی، مجله پژوهشهای گیاهی، 34(4): 911-897.
3- زادوریان, گ.، خدارحمی، م.، امینی، ا.، مصطفوی، خ.، ،1390 بررسی تاثیر تنش شوری ناشی از کلرید سدیم بر بیوماس ارقام تجارتی گندم نان در مرحله گیاهچه ای. مجله زراعت و اصلاح نباتات 7(1): 83-69.
4- عباسپور، ن.، مسیبی، م.، محمدخانی، ن.، رحمانی، ف.، 1401، تاثیر شوری بر جوانهزنی بذر و خصوصیات بیوشیمیایی گیاهچههای Salsola crassa، مجله پژوهشهای گیاهی، 35(1): 111-99.
5- فرهودی, ر. (1392). بررسی اثر تنش شوری بر رشد و ویژگیهای فیزیولوژیک نه رقم گندم در مرحله رشد رویشی. فصلنامه علمی پژوهشی فیزیولوژی گیاهان زراعی 5(20): 86-71.
6- کافی, د. ا.، استوارت ، م. 1380. اثرات شوری در رشد و عملکرد نه رقم گندم. مجله علوم و صنایع کشاورزی 12(1).
7- مستاجران, ا. ، قاسمی ،ح. ر. 1397. بررسی اثر همیاری باکتری آزوسپیریلوم برازیلنس (Azospirillum brasilense Sp7 and Sp245) بر شاخصهای رشد و برخی شاخصهای بیوشیمیایی دانه رستهای گندم (Triticum aestivum) در شرایط شوری. مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) 31(3).
8- مقصودی, ب.، جعفری حقیقی، ب.، جعفری، ع.، تاثیر کاربرد عناصر ریز مغذی و هورمون اکسین بر عملکرد و اجزاء عملکرد گندم دوروم." اکوفیزیولوژی گیاهی 6(16): 26-13.
| Article View | 6,356 |
| PDF Download | 458 |