مقاله باکتریهای تولید کننده سیدروفور و امکان تأمین آهن مورد نیاز گیاه

word قابل ویرایش
5 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

باکتریهای تولید کننده سیدروفور و امکان تأمین آهن مورد نیاز گیاه

امیرارسلان کاویانیفرد۱، ایرج دلفانی۲، الماس نعمتی۳، فرهاد گیلاوند۴، زینب آهنگران۵ بتول مستی چراغ آباد۶

 

چکیده

از جمله فعالیتهایی که توسط میکروارگانیسمها برای گیاه وساطت میگردد تسهیل در فراهم آرودن شرایطی برای دسترسی بهتر گیاه به آهن (با ترشح سیدروفورها) و در نتیجه امکان جذب آن است. سیدروفورهای باکتریایی در چهار دسته تقسیم بندی شده اند. دسته اول شامل سیدروفورهای فنل – کاتکول (Phenol – Catecolates) هستند که از آن جمله میتوان به انتروباکتین (Entrobactin)، آگروباکتین (Agrobactin)|، پیوکلین (Pyochelin) و مایکوباکتین (Mycobactin) اشاره نمود. هیدروکساماتها (Hydroxamates) دسته دیگری از سیدروفورها را تشکیل می دهند. آئروباکتین (Aerobactin)، شیزوکینن (Schizokine) و همچنین فریاکسامینهای حلقه ای (نوع E و (D و خطی A)، B، D1، G1 و( G2 از این دسته هستند. گروه بعدی سیدروفورهای نوع کربوکسیلات (Carboxilate) هستند که مشخص ترین نمونه آن ریزوباکتین (Rhizobactin) است. دسته چهارم سیدروفورهای باکتریایی، پیووردین ها (Pyoverdin) هستند. این سیدروفورها، کروموپپتیدهای محلول در آب و به رنگ سبز – زرد هستند. تا کنون جنسهای زیادی از باکتریها شناسایی شدهاند که بخصوص در ناحیه ریزوسفری در ایفای این نقش مشارکت فعال دارند.

کلمات کلیدی: سیدروفور، باکتری، انتروباکتین، ریزوباکتین، فری اکسامین.

مقدمه

باکتریهای ریزوسفری محرک رشد گیاه (PGPR) از باکتریهای آزادزی خاک هستند. این باکتریها اغلب در نزدیکی یا حتی در داخل ریشه گیاهان یافت میشوند (رسولی و همکاران ۱۳۸۲، اسدی رحمانی و همکاران .(۱۳۸۳ ریزوسفر معمولا به لایه نازک ۱ الی۳ میلیمتری از خالک اطراف ریشه اطلاق میشود که موجودات زنده آن از نظر کیفی و کمی تحت تاثیر فعالیتهای ریشه نظیر تنفس و ترشحات ریشه ای قرار دارند. PGPR ها از طرق الف: تثبیت نیتروژن ب: سنتز و تولید سیدروفورهای کمپلکس کننده آهن ج: تولید هرمونهای گیهای نظیر اکسینها و سیتو کینها د: انحلال ترکیبات معدنی فسفات ه: ایجا رقابت با عوال بیماریزای گیاهی به واسطه تولید آنتی بیوتیکها و ترکیبات قارچ کش، رشد گیاهان را بهبود میبخشند. تحریک رشد گیاه توسط سویه های زیادی از باکتریهای جنس Acetobacter، Artrobcter ، Bacillus، Clistridium، Entrobacter، Hydrogenophaga،Seratia ، Azosprillumو Pseuodomonas گزارش شده است. از مهمترین باکتریهای PGPR جنس Pseuodomonas هستند که تحت شرایط کمبود آهن

۲۰۱۰MarchBranch,DezfulIAUinMachineryAgricultural&SciencePlantSoil,Water,ofConferenceNational

سیدروفور ترشح مینمایند (خاوازی و ملکوتی ۱۳۸۰، رسولی و همکاران .(۱۳۸۰ همچنین استوباکترها نیز بوسیله متابولیتهای محرک رشد گیاه از این گروه هستند (خسروی .(۱۳۷۶ تقریبا تمام باکتریهای هوازی و قارچها سیدروفور تولید مینمایند، لیکن توانایی تولید در گونه ها و سویه های مختلف داخل هر گونه متفاوت میباشد ..(Laura J . et al. 2000)
باکتریهای جنس سودوموناس باکتریهایی هستند از خانواده Pseuodomonaceae که به شکل میلهای راست یا کمی خمیده، دارای تاژک قطبی، بدون اسپور، گرم منفی میباشند. این باکتریها، هوازی و از نظر منبع انرژی و کربن شیمیوارگانوتروف (منبع انرژی و کربن از مواد آلی) هستند. باکتریهای سودوموناس و بالاخص سودوموناسهای فلورسنت از مهمترین اعضای جامعه میکروارگانیسمهای ریزوسفری میباشند که مطالعات بسیار زیادی در خصوص PGPR بودن آنها و اثرات مثبت ناشی از تلقیح آنها در گیاهان شده است. کونه های فلورسنت شامل P. flourecense، P. putida، P. aerogenosa، P. chloraphis و همچنین پاتوژنهای گیاههی نظیر P. syringae، و P. cichorri هستند. مشخصه عمومی سودوموناسهای فلورسنت تولید پیگمانهایی است که در برابر نور، فرابنفش (۲۵۴ nm) بویژه در شرایط کمبود آهن خاصیت فلورسانس دارند. به این پیگمانهای با خاصیت فلورسانس و محلول در آب سیدروفور (Sidrophore) گفته میشود. سیدروفورها کلاتها یا ترکیبات آلی با وزن مولکولی پایین (کمتر از ۱۰۰۰ دالتون هستند) و با میل ترکیبی شدید و اختصاصی برای کمپلکس شدن با آهن فریک (Fe 3+) و سایر کاتیونها از جمله روی (Zn 2+) هستند. این ترکیبات در شرایط کمبود آهن ( Fe 3+ ≤ ۱۰ µM) و به منظور مقابله با آن ترشح و کمپلکسهای پایداری (Kf= 10 30) با آهن (III) نا محلول تشکیل داده و آن را بصورت ترکیب محلول و در دسترس در می آورند و از این طریق بطور موثری آن را به داخل سلولها منتقل مینمایند. سیدروفورهای باکتریایی در چهار دسته تقسیم بندی شده اند. دسته اول شامل سیدروفورهای فنل – کاتکول ( Phenol – (Catecolates هستند که از آن جمله میتوان به انتروباکتین (Entrobactin)، آگروباکتین (Agrobactin)، پیوکلین (Pyochelin) و مایکوباکتین (Mycobactin) اشاره نمود. هیدروکساماتها (Hydroxamates) دسته دیگری از سیدروفورها را تشکیل می دهند. آئروباکتین (Aerobactin)، شیزوکینن (Schizokine) که توسط باسیلوس مگاتریوم و سیانوباکتر جنس آنابنا تولید میشود و همچنین فریاکسامینهای حلقه ای (نوع E و (D و خطی A)، B، D1، G1 و( G2 از این دسته هستند. فری اکسامینهاعمدتاً توسط اکتینومایستها ترشح میشوند. گروه بعدی سیدروفورهای نوع کربوکسیلات (Carboxilate) هستند که مشخص ترین نمونه آن ریزوباکتین (Rhizobactin) است و توسط باکتری ریزوبیوم ملیلوتی تولید میشود. دسته چهارم سیدروفورهای باکتریایی، پیووردین ها (Pyoverdin) هستند. این سیدروفورها، کروموپپتیدهای محلول در آب و به رنگ سبز – زرد هستند و توسط سودوموناس های فلورسنت تولید میشوند و به دلیل رنگ روشن و خاصیت پرتوافشانی، این خصوصیت فنوتیپی به سهولت با استفاده از محیط King B قابل تشخیص است. نزدیک به ۷۰ نوع پیووردین با ساختمان مختلف شناسایی شده است. سودوبامتین (Pseodobactin) از سیدروفورهای نوع پیووردین بوده و توسط Pseodomonas B10 تولید میشود. غلظت سیدروفورهای باکتریایی در خاک بین ۴ تا ۳۰۰ میکرومول و غلظت انواع قارچی بین ۳۰ تا ۲۴۰ میکرومول در گرم خاک گزارش شده است. توانایی بسیار بالای تولید سیدروفور، توسط سویه های مختلفی از سودوموناسها گزارش شده است Crowley) و Yu، :۱۹۹۱ رسولی و همکاران، .(۱۳۸۴ سودوموناسها بواسطه تولید سیدروفورها و ایجاد رقابت برای سوبستراهای مختلف بویژه آهن، اثر بازدارنگی قابل ملاحظه ای علیه عوامل بیماریزای قارچی نظیر پاخوره غلات و مرگ پتیومی دارند.

استراتژیهای جذب آهن در گیاهان: طبق مطالعات کلاسیک Mrschener و (۱۹۹۴) Romheld، گیاهان از نظر تغذیه آهن و مکانیسمهای پاسخ به کمبود آن در دو استراتژی تقسیم بندی میشوند. در استراتژی I، گیاهان دولپه ای و تک لپه ای های غیر گرامینه با القاء سیستم آنزیمی احیاء کننده در سطح سلولهای ریشه، ترشح H+ و ترکیبات احیاء گننده و کلات کننده به کمبود آهن پاسخ میدهند. گیاهان علفی تک لپه ای (غلات) با تولید فیتوسیدروفورها (PS) به شرایط کمبود آهن و روی عکس اعمل نشان میدهند که این نحوه پاسخ به استراتژی II معروف است. فیتوسیدروفورها یکسری اسیدهای آمینه غیر پروتئینی از خانواه اسید موژینئیک ( Mugineic (acid هستند که مانند سیدروفورهای میکروبی تمایل شدیدی به کمپلکس شدن به اهن و روی دارند. این ترکیبات کلات کننده Fe 3+، در ریزوسفر ترشح شده و توسط یک سیستم جذب اختصاصی در سطح ریشه به داخل منتقل میشوند.

بنابرین گیاهانی که قادر به استفاده از سیدروفورها ی میکروبی بعنوان حامل آهن III هستند، به اتکای توانایی اشان دراستفاده از منابع متعدد آهن در شرایط مختلف خاک، کارائی بالایی نسبت به آهن نشان میدهند. بهرحال، بواسطه حضور سیدروفورها، قابلیت استفاده و تحرک آهن در محیط ریشه افزایش یافته و کمپلکس سیدروفور- آهن تشکیل شده می تواند در محلول خاک همراه باجریان تودهای به سطح ریشه برسد و آهن ازطریق مکانسیم عمل آنزیم احیا کننده کلات آهن III موجود درغشای پلاسمایی (گیاهان استراتژی

(I و یا از طریق فرایند تبادل لیگاندی با فیتوسیدروفورها (گیاهان استراتژی (II جذب شود. تحقیقات چنین نشان داده که در خاک های غنی از ریز مغذی ها،در منطقه ریزوسفر که ترشحات ریشه ای و مواد آلی فراوان است، غلظت سیدروفورهای هیدروکساماتی بالا است yehuda) و همکاران،.(۱۹۹۶ جذب ترکیبات سیدروفوری توسط گیاه :استفاده از پتانسیل ژنتیکی گیاهان و تنوع بیولوژیکی خاک به عنوان یکی از اصول کشاورزی پایدار در راستای حفاظت از محیط زیست تلقی می شود.گیاهان زراعی به منظور تولید مطلوب،بایستی عناصر غذایی را به نحو موثری جذب و توزیع نمایند.نتایج متعددی در مورد تاثیر وکارایی ترکیبات سیدروفوری آهن به عنوان منبع آهن برای گیاهان گزارش شده است.تجمع واستفاده از ترکیبات سیدروفوری آهن در منطقه ای با فعالیت شدید میکروبی از جمله در نزدیکی ریشه گیاهان گزارش شده است.مهمترین مکانیسم فراهمی آهن برای گیاهان،بر اساس میزان احیاء کلات های آهن پایه گذاری شده است.طبق تحقیقات انجام شده پتاسیل رادکس غشای پلاسمایی گیاهان کلروزه معادل -۳۷۰ میلی ولت برآورد گردیده در حالیکه در مورد فری اکسامین ب (FOB)این پتانسیل -۴۷۰ می باشد. برعکس، Fe-EDDHA پتانسیل رادکسی معادل -۲۳۰ میلی ولت داشته و بدان سبب میزان جذب آن توسط گیاهان بالا است، چه پتانسیل رادکس آن بزرگتر از پتانسیل غشا است. عامل محدود کننده دیگر تمایل کلات به ترکیب شدن باFe2+ بعد از احیاءFe 3+می باشد. علی رغم این محدودیت های پتانسیل رداکس در جذب آهن بواسطه FOB،مطالعات بلند مدت،نشان از توانایی گیاهان مختلف در استفاده از این سیدروفور به عنوان منبع آهن داشته است.با اینحال برای رفع کامل کلروز آهن در حدود غلظتی معادل ۱۰برابر بیشتر از Fe-EDDHA مورد نیاز است.گیاهان،آهن را مستقیما ازمحلول خاک جذب نمی نمایند،بلکه مراحل جذب بطور متناوب در ریزوسفر و در حضور میکروارگانیسم، اتفاق میافتد ( Siebner-Freibach et al. .(2003 مکانیسم های جذب کمپلکس سیدروفور- آهن :بر اساس مطالعات انجام شده مقدار بیشتر سیدروفور FOB و سایر سیدروفورهای مشابه آن در خاک به سطوح رس ها می چسبند وامکان جذب آهن را برای گیاهان مهیا می نمایند. در گیاهان کاشته شده در خاک در مقایسه با گیاها ن هیدرو پونیک،اثر فعالیت میکروبی درافزایش غلظت آهن آپوپلاست وسطوح ریشه بسیار مشهود است .(Takahiro, Y. et al 2002) سیدروفورهایی که در خاک جذب سطحی سطوح رس ها شده اند،توسط مکانیسم تبادل کاتیونی در محلول خاک،مکانیسم عمل احیاء کننده های آزاد شده در محلول خاک و مکانیسم ناقل (Shuttle) یا انتقال توسط اسیدهای آلی، فیتوسیدروفورها ویا حتی سایر سیدروفورهای میکروبی، آهن مورد نیاز گیاه را تامین می نماید. غلظت اسید های آلی در ریزوسفر می تواند به ۵۰تا ۹۰۰۰میکرومول برسد. این ترکیبات در انتقال آهن از سطوح تبادلی به ریشه گیاهان نقش دارند.کارایی این مکانیسم به هنگام اسیدی شدن ریزوسفر افزایش می یابد. از طرف دیگر ترشح سیترات و مالات در شرایط کمبود آهن تشدید می یابنداخیراً. نشان داده شده ترکیبات حاصل از تجزیه جزئی محصولات سیدروفوری و متابولیت های ناشی از فعالیت میکروب ها به عنوان منبع کارآمد آهن برای گیاهان عمل می کنند.

جذب کمپلکس سیدروفور- آهن توسط پدیده های تبادل لیگاندی و مکانیسم ناقل :انتقال آهن از یک لیگاند به لیگاند دیگر به ثابت های پایداری پایداری دو لیگاند وابسته است،لیکن سایر عوامل نیز در تاثیر این مکانیسم برای تامین آهن به گیاهان دخیل هستند:الف) غلظت مطلق و نسبی کلات ها،آهن ویون های محلول خاک، ب)PHمحلول، ج)سنتیک یا سرعت واکنش های کمپلکس شدن آهن . هر گونه تغییر در یکی از این عوامل باعث تغییر در تعادل شیمیایی خواهد گردید. به عنوان مثال حضور غلظت بالایی از کلات ضعیف مثل دی هیدرو کسامات می تواند پدیده تبادل لیگاندی با کلات قوی نظیرFOBو حتی لیگاند خیلی ضعیف مانند اسید آلی را عملی سازد

.(Laura J. et al . 2000)
در محیط های طبیعی، حضور ترکیب های محلول که به عنوان ناقل آهن از فاز جامد به ریشه گیاه عمل می نمایند، حاوئز اهمیت بوده و توانایی گیاه در کسب آهن از این نافل ها یک عامل تعیین کننده است. ارزیابی عوامل موثر در تبادل لیگاندی آهن سیدروفوری نشان داده که اسید سیتریک کمپلکس کننده ضعیف آهن در محلول های بافر شده باCaCO3 بوده و در غلظت های بالایی در ریزوسفر موجود است. اسید سیتریک به راحتی توسط گیاه جذب و انتقال می گردد. لیکن نظر به این که پیوند ضعیفی با آهن ایجاد می کند، به عنوان ناقل آهن در خاک از اهمیت کمی برخوردار است. ترکیبEDDHA از نظر انتقال آهن از منابع سیدروفوری در مسیرهای طولانی به عنوان بهترین ناقل عمل می کند، این کارآیی EDDHA با توجه به ثابت پایداری و تمایل آن به کمپلکس نمودن آهن، در مقایسه با سیدروفورها قابل توجیه استبعلاوه. پتانسیل رداکس نسبتاً بالای آن، مکانیسم نسبتاً کارآیی را مهیا می نمایدتبادل. لیگاندی عمدتاً به گیاهان استراتژی IIنسبت داده شده بود که اخیراً وجود این مکانیسم در گیاهان استراتژی I نیز به اثبات رسیده است (Laura J. et .al. 2000)

سیدروفور جذب سطحی شده (آهن سیدروفوری) همانند یک کود کند رها عمل کرده و مزایای یک منبع آهن را دارد. این منبع همانند Fe-EDDHA از منطقه ریزوسفر آبشویی نشده و برای استفاده مداوم گیاه به شکل قابل استفاده باقی می ماند. فراهمی آهن از این مخزن، عمدتاً به تامین لیگاند کافی بستگی داشته که می تواند از یک طرف آهن را از سیدروفور گرفته و از طرف دیگر آن را به شکل

قابل استفاده گیاهی (بویژه در خاک های آهکی) در اختیار ریشه قرار دهد .(Takahiro, Y. et al 2002) به نظر می رسد در خاک به ویژه ترکیبات بیوشیمیایی موجود در ریزوسفر می توانند به اندازه کلات EDDHA در پیشبرد مکانیسم ناقل نقش داشته باشند. نمونه بارز این ترکیبات، ریزوفرین (Rhizoferrin) بوده که به عنوان حامل قوی آهن به گیاهان عمل می نماید. همچنین این سیدروفور دارای بار منفی بوده که آن را به شکل محلول در خاک نگه داشته و آهن آن برای گیاهان قابلیت استفاده بالایی دارد. بنابراین تبادل لیگاندی حتی زمانی که ثابت پایداری ناقل پایین است، می تواند اتفاق افتد. مجموع ترکیباتی که که از سطوح رس ها آزاد می شوند، همراه با غلظت های بالای ترشح پروتون ها و اسید های آلی از ریشه می توانند در میکروسایت های ریزوسفری موثر باشند Siebner-) .(Freibach et al. 2003

در تحقیقی درسا ل۱۳۸۲ توسط رسولی صدقیانی و همکاران ۵۲, نمونه خاک ریزوسفری (خاک به همراه بوته های گندم) از غالب نقاط گندم خیز کشور تهیه گردید. ازاین نمونه ها ۲۰۱ ایزوله منتسب به جنس سودوموناس های فلورسنت جداسازی گردید. گروه بندی این ایزوله ها با استفاده ازالکتروفورز پروتئین های محلول انجام و ایزوله ها در۲۲ گروه متنوع قرار گرفتند .نتایج تست های بیو شیمیا یی نشان داد که این ایزوله ها ۵۳ درصد گونه ۴۴ P.fluorescenceدرصد گونه P.putida و ۳ درصد P.aeruginasa بودند. میزان تولید سیدروفورها توسط این ایزوله ها با روش cas-agar ارزیابی ونشان داده شد که تمامی این ایزوله ها توانایی تولید سیدروفو را داشتند لیکن میزان تولید سیدرفور در این ایزوله ها متفاوت بود .هاله نارنجی رنگ (سیدروفور) در۲۵ درصد ایزوله ها کمتر از ۱۵ میلی لیتر در روز,در۶۱درصد ایزوله ها بین ۱۵-۲۰میلی لیتر درروز ودر ۱۴ درصد ایزوله ها بیش از۲۰ میلی لیتر درروز بود. درمقایسه با سویه های خارجی ۷nsk 2 وpgpr وهم چنین بیو کنترول (کنترل کننده بیو لوژیکی) بیماری های قارچی به کارمی روند.برخی ازسویه های بومی توانایی بیشتری از نظر تولید سیدروفورواکسین نشان دادند.میزان ترشح اکسین (به عنوان یک صفت (pgpr دربرخی از گونه ها به بالاتر از ۶۰ میلی گرم درلیتر رسید . گونه p.putida ازنظر تولید اکسین کارایی بیشتری نسبت به دو گونه دیگر داشت . هم چنین تعدادی از سویه های جدا شده توانایی انحلال فسفات های معد نی نا محلول رانیز داشتند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 5 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد