بخشی از مقاله
چکیده
همزیستی میکوریزی در بعضی موارد باعث کاهش رشد گیاهان میشود. به نظر میرسد ایجاد همزیستی میکوریزی در شرایط خاص در مکانها و مسیرهای تولید انرژی گیاه اختلال ایجاد کرده و از این طریق باعث کاهش رشد گیاه میزبان میشود، اما علت اصلی این موضوع به طور دقیق مشخص نیست. از طرفی چون اغلب عناصر ریزمغذی در تشکیل و فعالیت کلروفیلها نقش دارند؛ کمبود این عناصر میتواند تأثیر قارچهای میکوریز آربوسکولار را در تحریک گیاهان برای تولید کلروفیل در بستر کشت خنثی مانند پرلیت، بیشتر نمایان کند. در آزمایش اخیر تأثیر همزیستی دو گونه قارچ میکوریز آربوسکولار Glomus etunicatum - و - Glomus intraradices در محلول غذایی راریسون با سه سطح صفر، نصف و کامل از عناصر کممصرف بر شاخص کلروفیل برگی گیاه سورگوم در بستر پرلیت مورد مطالعه قرار گرفت. این شاخص در زمانهای 45، 65 و 85 روز پس از کشت اندازهگیری شد و تجزیه آماری دادهها با نرم افزار MSTATC صورت گرفت و مقایسه میانگینها به روش آزمون چند دامنهای دانکن و در سطح احتمال پنج درصد انجام شدند.
نتایج نشان داد که برای واحدهای آزمایشی میانگین وزن خشک گیاه سورگوم غیرمیکوریزی و همزیست با قارچهای گلوموس اتونیکاتوم و گلوموس اینترارادیسز به ترتیب 10/73، 1/44 و 1/09 گرم بود. همچنین تیمارهای میکوریزی باعث کاهش شاخص کلروفیل برگ در مقایسه با تیمار شاهد شدند و با کم شدن غلظت عناصر کممصرف در محلول غذایی نیز این شاخص کاهش یافت. با افزایش سن گیاهان و نزدیک شدن به مرحله زایشی، شاخص کلروفیل برگی افزایش یافت. با توجه به نتایج بدست آمده، به نظر میرسد یکی از عوامل کاهش وزن گیاهان میکوریزی در شرایط این آزمایش، کاهش کلروفیل و به دنبال آن کاهش توان فتوسنتزی گیاهان همزیست باشد. انجام مطالعات تکمیلی برای ارزیابی دقیقتر تاثیر قارچهای همزیست بر رشد و عملکرد گیاه در سیستمهای کشت بدون خاک ضروری است.
واژههای کلیدی
قارچهای میکوریز آربوسکولار، کلروفیل، عناصر کم مصرف، سورگوم
مقدمه
سبزینه یا کلروفیل، رنگیزهای سبزرنگ است که در اکثر گیاهان، خزهها و سیانوباکترها یافت می شود. کلروفیل از بین طیفهای نوری بخش اعظم نور آبی و قرمز را جذب و نور سبز و زرد را منعکس میکند؛ که رنگ سبز گیاهان به دلیل انعکاس نور سبز از کلروفیلهاست. در گیاهان سبز کلروفیل در اندامی به نام کلروپلاست وجود دارند. ملکول کلروفیل از یک اتم منیزیم در مرکز که با اتمهای نیتروژن پیوند دارد تشکیل شده است، این ساختار را حلقه پورفیرین مینامند. به این حلقه یک زنجیره جانبی هیدروکربن اضافه شده که زنجیر فیتول نامیده میشود. تنوع ساختار به علت تغییرات کوچک در گروهای جانبی خاص میباشد. از میان کلروفیل-ها، انواع a و b تخصص یافتهتر و بزرگتر هستند و در گیاهان عالی و جلبکهای سبز یافت میشوند. وظیفه کلروفیل، فتوسنتز در یاخته است که گیاه را قادر می سازد از نور خورشید انرژی کسب کند. نور خورشید که روی گیاهان میتابد بوسیله کلروفیلها جذب میشود و در اثر واکنشهایی، دی اکسیدکربن و آّب جذب شده توسط گیاه را به مواد قندی تبدیل میکند. ازت و منیزیم در ساختار این مولکول نقش اساسی دارند. علاوه بر این برخی از عناصر کممصرف نیز مانند آهن و منگنز در تولید کلروفیل نقش بسزایی دارند و کمبود آنها باعث کاهش غلظت کلروفیل در سلول میشود؛ که در نهایت فتوسنتز شداًی کاهش مییابد. علایم کمبود این عناصر غالباً بصورت کلروز - زردی - برگی ظاهر میشود و چون این عناصر در گیاه قابلیت تحرک کمی دارن معمولاً علایم کمبود در برگهای جوان دیده میشوند.
با پیشرفت و گسترش علوم زیستی محققان به این نتیجه رسیدهاند که برای نیل به اهدافی نظیر کشاورزی پایدار و حفظ محیط زیست، استفاده از پتانسیلهای میکروبی خاک در جهت افزایش کمی و کیفی محصولات کشاورزی ضروری است. در سالهای اخیر تحقیقات در علوم کشاورزی مخصوصاً خاکشناسی بیشتر معطوف به بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک شده است؛ تا در زمینه بهبود وضعیت تغذیهای گیاهان - استفاده حداقل از کودهای شیمیایی - و حتی مبارزه با عوامل بیماریزای خاکی - بدون استفاده از سموم شیمیایی - از پتانسیلهای میکروبی خاک استفاده شود.
یکی از میکروارگانیسمهایی که در کشاورزی اهمیت ویژه دارد، قارچهای میکوریز آربوسکولار - AM - است. واژه میکوریز - قارچ- ریشه - برای اولین بار در سال 1885 توسط فرانک گیاه شناس آلمانی وضع گردید. این همزیستی یکی از رایجترین و باسابقهترین روابط همزیستی در سلسله گیاهی است. آثار فسیلی نشان میدهد که همزیستی میکوریزی بیش از 400 میلیون سال قبل در اوایل دوره دونین وجود داشته است . - 12 - اکثر گیاهان و حدود %90 گونههای گیاهان آوندی حداقل یکی از تیپهای میکوریزی را دارا هستند. مهمترین قارچهای اندومیکوریزی که در کشاورزی نقش بسزایی دارند قارچهای میکوریز آربوسکولار میباشند که با علائم اختصاری AM یا VAM نشان داده میشوند. از مهمترین فواید همزیستی میکوریزی میتوان به دسترسی بهتر گیاه به آب و عناصر غذایی، تأثیر غیرمستقیم بر بقاء و تنوع زیستی، تولید هورمونهای محرک رشد گیاه، کمک به مقاومت گیاه به تنشهای محیطی مانند دما، شوری و آلودگی خاک به سموم یا فلزات سنگین، افزایش مقاومت گیاه در برابر عوامل بیماریزای ریشه، ایجاد خاکدانههای پایدار و کمک به بهبود ساختمان خاک، کاهش درصد از بین رفتن گیاهچهها در ضمن آسیبهای ناشی از جابجایی، افزایش کلروفیل گیاهان، تشدید فعالیت تثبیت نیتروژن در انواع میکروارگانیسمهای همزیست و همیار با گیاهان، و ایجاد ارتباط سینرژیستی با میکروارگانیسمهای حل کننده فسفات، اشاره کرد 2 - ، 3، 4، 5، 6، 7، 9، 10، 11، 12 و. - 14 نتایج برخی از آزمایشها نیز نشان میدهد که قارچهای میکوریز آربوسکولار نه تنها برای گیاهان همزیست خود سودمند نمیباشند، بلکه باعث کاهش رشد آنها میشوند 8 - ، . - 15 اگر چه قارچهای میکوریز آربوسکولار از چند جهت به گیاه میزبان خود سود می-رسانند ولی این به آن معنی نمیباشد که همیشه و در همه شرایط قارچ-های میکوریز آربوسکولار برای میزبانهای خود مفید میباشند. برخی از محققان اعتقاد دارند که کاهش رشد گیاهان میکوریزی بدلیل افزایش فعالیت متابولیکی قارچهای میکوریز آربوسکولار در شرایط خاص میباشد
که باعث مصرف زیاد انرژی و در نتیجه کاهش رشد گیاه میزبان میشود - 8 - ؛ و شاید ایجاد همزیستی میکوریزی در شرایط خاص، در مکانها و مسیرهای تولید انرژی گیاه اختلال ایجاد کرده و از این طریق باعث کاهش رشد گیاه میزبان میشود، اما علت اصلی این موضوع به طور دقیق مشخص نیست. از طرفی چون اغلب عناصر ریزمغذی در تشکیل و فعالیت کلروفیل-ها نقش دارند؛ کمبود این عناصر میتواند تأثیر قارچهای میکوریز آربوسکولار را در تحریک گیاهان برای تولید کلروفیل در بستر کشت خنثی مانند پرلیت، بیشتر نمایان کند.
همچنین برخی از محققین گزارش دادهاند که اگر شکل قابل جذب فلزات سنگین برای گیاهان در بستر کشت کاهش یابد، قارچهای میکوریز باعث افزایش جذب این عناصر میشود . - 1 - شاید این موضوع در مورد عنصر آهن و منگنز نیز صادق باشد. بعبارت دیگر با کاهش عناصر کممصرف در محلول غذاییاحتمالاً جذب آهن و منگنز توسط گیاهان میکوریزی افزایش یابد و ساخت کلروفیل دچار مشکل نشود. بنابراین بررسی تأثیر قارچهای میکوریز آربوسکولار و کمبود عناصر کممصرف بر شاخص کلروفیل برگی در بستر پرلیت حائز اهمیت میباشد.
مواد و روشها -2-1 تکثیر مایه تلقیح
هفت کیلوگرم خاک لوم شنی - به عنوان بستر کشت - در دو گلدان به حجم 6/8 لیتر پر شد و سپس در اتوکلاو - دمای 121 C، فشار یک بار و به مدت یک ساعت - استریل گردید . سپس به هر یک از گلدانها حدود 300 گرم مایه تلقیح قارچ مورد نظر Glomus etunicatum - یا Glomus - intraradices اضافه شد. که این مقدار مایه تلقیح با 4-5 سانتیمتر خاک داخل گلدان در عمق حدود 14 سانتیمتری از سطح گلدان مخلوط گردید. روی این لایه اینوکلومی دو سانتیمتر از همان خاک استریل اضافه و سپس پانزده بذر سورگوم - بذور استریل جوانه زده در پتری دیش - روی این لایه از خاک قرار داده و روی آن نیز پنج تا شش سانتی متر خاک اضافه شد. هفته اول پس از جوانه زنی آبیاری تنها با آب مقطر انجام شد ولی در هفتههای بعدی به تناسب رشد گیاه از محلول غذایی راریسون با نصف غلظت فسفر و pH= 6/5 به میزان 50 تا 200 میلیلیتر در هفته استفاده گردید. بقیه نیاز آبی از طریق آبیاری با آب مقطر تأمین شد. گیاهان در این شرایط به مدت چهار ماه در گلخانه پرورش داده شدند. سپس اندامهای هوایی آنها چیده شده و پس از دور ریختن خاک پنج سانتیمتری از سطح گلدانها تمامی ریشهها با قیچی استریل به قطعات یک تا دو میلیمتری بریده شد و با خاک باقیمانده داخل گلدانها به خوبی مخلوط گردید. این مخلوط همان مایه تلقیح قارچ میکوریز میباشد که تا زمان اجرای آزمایش در شرایط خشک و دمای 3 تا 4 درجه سانتیگراد در یخچال نگهداری شد. لازم به ذکر است که در تمامی مراحل ذکر شده از وسائل و شرایط استریل استفاده شد.
-2-2 کاشت گیاه و اعمال تیمارها
آزمایش به صورت فاکتوریل - دوفاکتور - و در قالب طرح پایه بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار در بستر پرلیت انجام شد. فاکتور اول شامل قارچ میکوریز با گونههای گلوموس اتونیکاتوم، گلوموس اینترارادیسز و شاهد، فاکتور دوم شامل محلول غذایی راریسون با غلظتهای صفر، نصف و کامل عناصر کممصرف،و در سه تکرار مجموعاً 27 واحد آزمایشی را تشکیل دادند. برای این منظور گلدانهای نایلونی به حجم سه لیتر با پرلیت اسید شویی شده، پر شدند و در اتوکلاو استریل گردیدند سپس مقدار 60 گرم مایه تلقیح میکوریز به هر یک از گلدانها اضافه شد و برای تیمار شاهد از مایه تلقیح اتوکلاو شده - فاقد پتانسیل ایجاد همزیستی - استفاده گردید. رطوبت گلدانها به طریق وزنی در 0/7 FC نگهداری شدند، همچنین حرارت روز و شب به ترتیب 28 2 و 20 2 بود و طول دوره روشنایی 16 ساعت در هر روز و با شدت 14000 LUX در گلخانه برقرار شد. همچنین در هر گلدان برای گیاه سورگوم - Sorghum bicolor L. - سه بوته وجود داشت. شاخص کلروفیل برگی در زمانهای 45، 65 و 85 روز پس از کشت با استفاده از دستگاه کلروفیلمتر - MINOLTASPAD-504 JAPAN - برای هر یک از واحدهای آزمایشی اندازهگیری شد تا روند تغییرات کلروفیل برگی در حضور اینوکلومهای قارچ میکوریز آربوسکولار و غلظتهای مختلف عناصر کممصرف در طول رشد گیاه ارزیابی شود. همچنین تجزیه آماری دادهها با نرم افزار MSTATC صورت گرفت و مقایسه میانگینها به روش آزمون چند دامنهای دانکن و در سطح احتمال پنج درصد انجام شدند.
نتایج و بحث
با توجه به جدول 1، نتایج نشان میدهد که 45 روز پس از کشت، سطوح صفر، نصف و کامل از عناصر کممصرف در هر یک از تیمارهای قارچی گلوموس اتونیکاتوم، گلوموس اینترارادیسز و شاهد، تغییر معنیداری در شاخص کلروفیل برگ ایجاد نکرد. این شاخص در تیمارهای میکوریزی بطور معنیداری کمتر از تیمار شاهد است - جدول . - 1 چون این زمان مطابق با ایجاد و گسترش همزیستی قارچهای میکوریزی است و از طرفی بدلیل km پایین، قدرت و سرعت بالای جذب در هیفهای قارچ میکوریز، مقدار بیشتری از عناصر کممصرف جذب هیفهای قارچی میکوریز می شود و احتمالاً مقدار بیشتری از این عناصر صرف گسترش اندامهای این قارچ در درون سلولهای ریشه و محیط اطراف ریشه - پرلیت داخل گلدان - میشود و شاید مقداری از این عناصر با پلیفسفاتهای درون واکوئلهای این قارچها تشکیل کمپلکس میدهد و بدین ترتیب در هیفها نگهداری می شود. بدین ترتیب عدم انتقال این فلزات مخصوصاً آهن و منگنز به اندامهای هوایی منجر به کاهش کلروفیل در اندامهای هوایی گیاه میشود.
در هر یک از ترکیبات تیماری، میان زمانهای 65 روز و 45 روز پس از کشت تفاوت معنی داری از نظر شاخص کلروفیل برگ مشاهده نشد.
85 روز پس از کشت نیز، تیمارهایی که با سطح کامل عناصر کممصرف تغذیه شدهاند، از نظر شاخص کلروفیل برگ اختلاف معنیداری ندارند. همین نتایج در تیمارهای قارچی گلوموس اتونیکاتوم و شاهد که با سطح نصف عناصر کممصرف تغذیه شدهاند نیز مشاهده میشود. همچنین استفاده از سطوح نصف و کامل عناصر کممصرف در تیمارهای قارچی گلوموس اتونیکاتوم و گلوموس اینترارادیسز، بطور معنی داری باعث افزایش شاخص کلرفیل برگ، نسبت به زمان 45 روز پس از کشت شد. ممکن است بر اثر کمبود عناصر کممصرفدر این مدت نسبتاً طولانی سیگنالهای - پیامهای - شیمیایی بین گیاه و اندامهای قارچ تبادل شود، که منجر به: -1 تجزیه کمپلکسهای این فلزات با پلی فسفاتها - درون واکوئلهای قارچ - شود، -2 مانع از گسترش اندامهای قارچی شود، -3 حتی منجر به تجزیه بافتهای قارچی مازاد شود - کاهش اندامهای مختلف قارچی - . تمام این احتمالات منجر به افزایش انتقال این عناصر از سیستم قارچ به ریشه گیاه می شود؛ که متعاقباً احتمال حضور در اندام هوایی و شرکت در فعالیتهای گیاهی - مثل ساخت کلروفیل - افزایش مییابد. استفاده از سطح صفر عناصر کممصرف در تیمارهای قارچی گلوموس اتونیکاتوم و گلوموس اینترارادیسز در طول زمانهای 45، 65 و 85 روز پس از کشت تفاوت معنی داری در شاخص کلروفیل برگ ایجاد نکرد و همیشه نسبت به تیمار بدون قارچ کمتر است. مقدار عناصر کممصرف که در گیاهان تغذیه شده با سطح صفر عناصر کممصرف وجود دارداحتمالاً از منابع: -1 ذخائر بذرهای کشت شده، -2 مایه تلقیحی که به هر گلدان اضافه شده است - 60گرم - ، -3 تغذیه گیاهان در خزانه با محلول غذایی راریسون - به مدت 25 روز با غلظت 25 درصدی از عناصر کممصرف، تأمین شده است. چون در تیمارهای قارچی گلوموس اتونیکاتوم و گلوموس اینترارادیسز، اندامهای قارچی وجود دارد پس مقداری از این عناصر جذب اندامهای قارچی می شوند - در ساختمان خود قارچ و یا بصورت کمپلکس های ذخیره ای در اندامهای قارچ - ولی در تیمار شاهد این عناصر مستقیماً جذب و به اندامهای هوایی گیاه منتقل شده و باعث افزایش کلروفیل این گیاهان میشوند.
نتیجه گیری و پیشنهادات
با توجه به نتایج بدست آمده، به نظر میرسد یکی از عوامل کاهش وزن گیاهان میکوریزی در شرایط این آزمایش، کاهش کلروفیل و به دنبال آن کاهش توان فتوسنتزی گیاهان همزیست باشد. با کاهش عناصر کممصرف در محلول غذایی، غلظت کلروفیل برگ گیاهان نیز کاهش یافت. با افزایش سن گیاهان و نزدیک شدن به مرحله زایشی، غلظت کلروفیل برگ افزایش پیدا کرد.
با توجه به امکان کنترل شرایط محیطی در سیستمهای هیدروپونیک در مقایسه با خاک، توصیه میشود تاثیر مفید یا مضر بودن همزیستی میکوریزی در شرایط مختلف رطوبتی، شدت نور و غلظتهای مختلف عناصر پرمصرف در محلول غذایی بررسی شود.
