بخشی از مقاله
چکیده
این مطالعه با هدف بررسی تاثیر باکتریهای حلکننده سیلیکات در استفاده از عناصر کممصرف کانیهای میکایی و جذب آن توسط گیاه ذرت، بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی در سه تکرار اجرا گردید. فاکتورهای گلخانهای شامل منبع پتاسیمی - پنج سطح - و تلقیح میکروبی - دو سطح - بودند. نتایج نشان داد که تلقیح میکروبی، مقدار آهن اندام هوایی را 41/30 درصد نسبت به تیمار شاهد افزایش داد. بالاترین مقدار آهن اندام هوایی از منبع ایلیت بود که 3/98 برابر نسبت به تیمار شاهد افزایش نشان داد. بیشترین مقدار روی، مس و منگنز اندام هوایی گیاه با تلقیح میکروبی کانی ایلیت، فلوگوپیت و مسکویت حاصل گردید که به ترتیب 1/49، 8/4 و 1/34 برابر نسبت به تیمار شاهد افزایش داشت. میتوان نتیجهگیری کرد که تلقیح میکروبی سبب آزادسازی عناصر کم مصرف از کانیهای سیلیکاتی و بهبود رشد گیاه میشود.
واژه های کلیدی: کانیهای سیلیکاته، باکتری حلکننده، ذرت
مقدمه
عناصر کم مصرف اثرات مهمی در گیاهان دارند. این عناصر در صورت کمبود میتوانند گاهی به عنوان عامل محدود کننده رشد و جذب سایر عناصر غذایی باشند و همین امر لزوم توجه بیشتر به کاربرد آنها را مشخص میکند - ملکوتی، . - 1379 ویژگیهای همچون قلیایی بودن و فقر ماده آلی در خاکهای آهکی ایران عموما موجب کمبود عناصر غذایی کم مصرف به ویژه آهن، روی، مس و منگنز در بسیاری از گیاهان زراعی شده است . - Rangbar and Bahmaniar,2007 - بنابراین به منظور تأمین عناصر کم مصرف مورد نیاز گیاه، بایستی از طریق اضافه کردن کودهای شیمیایی و یا از طریق آزادکردن عناصر کم-مصرف از کانیهای میکایی تأمین گردد. از جمله راهکارهای استفاده از این منابع میکایی، کاربرد باکتریهای حلکننده سیلیکات میباشد. فرآیندهای بیوشیمیایی که در هوادیدگی کانیها دخالت دارند به طور عمده در محیطهای میکروبی خاک رخ میدهند و توسط میکروارگانیسمها تحت تأثیر قرار میگیرند. مطالعات مختلفی اثر فرآیندهای بیولوژیکی و مواد مترشحه از ریشه گیاهان و میکروارگانیسمها را بر روی هوادیدگی کانیها در ناحیه ریزوسفر گزارش کردند - Norozi, 2006; Haby et al., . - 1990 بسیاری از سنگها و مواد کانی دارای عناصر غذایی برای رشد میکروارگانیسمها و گیاه میباشند.
فعالیت میکروارگانیسمها باعث آزادشدن عناصر غذایی از کانیها میشود . - Uroz et al., 2009 - فرایند انحلال سیلیکاتها توسط باکتریهای گرم منفی Erwinia herbicola, Bacterium herbicola و سویههایی از سودوموناسها گزارش شده است - Duff - 1987 - Groudev . - and Webley, 1959 گزارش کرد که انحلال کانیها به علت تولید mucilaginous capsules حاوی اگزوپلی ساکاریدها افزوده میشود. تولید اسیدهای آلی مثل اسید استیک، اسید سیتریک و اسید اگزالیک توسط میکروارگانیسمها میتواند سرعت انحلال کانیها را افزایش دهد. علاوه بر این نتایج، میتوان به توانایی هوادیده کردن باکتری-های درگیر در تولید پروتون، اسیدهای آلی، سیدروفور و لیگاندهای آلی اشاره کرد - Liermann و همکاران، . - 2000 محققین توانایی مواد لزج و لعابی تولید شده از باکتری B. mucilaginosus در انحلال سیلیکاتها و نیز کلونیزاسیون و رشد و توسعه این باکتریها در ریزوسفر و غیر ریزوسفر را گزارش کردند Lin - و همکاران، . - 2002 برخی میکروارگانیسمها قادرند سیلیکاتها را تجزیه و عناصری مثل پتاسیم، آهن، روی، سیلیس، فسفر و سایر عناصر کم مصرف را آزاد کنند
- Aleksandrov et al., . - 1967 ترشح سیدروفور در باکتری Pseudomonas mendocina مایه رهاشدن آهن از گئوتیت، هماتیت، فریهیدرایت و کائولینیت میشود . - Dong, 2010 - سیلیکاتهایی مانند میکاهای تری اکتاهدرال که دارای آهن - II - در ساختار خود هستند، در برابر سیلیکاتهای دیگر با تندی بیشتری هوادیده میشوند. آهن - II - در نتیجه اکسایش به آهن - III - تبدیل میشود. میکروارگانیسمها به طور غیر مستقیم بر روی واکنشهای اکسیدی آهن - II - تاثیر میگذارند . - Hopf et al., 2008 - فرایند انحلال میکروبی سیلیکاتها بهعلت مداوم بودن و تأمین درازمدت عناصر کم مصرف برای گیاه ذرت مفید می باشد. در نتیجه تعیین گونههای میکروبی توانا به انحلال کانیها، میتواند علاوه بر تامین منابع عناصرکم مصرف، ازخطرات آلودگی زیست محیطی بوسیله کاربرد زیاد کودهای شیمیایی جلوگیری کرد. لذا مطالعه حاضر با هدف جداسازی میکروارگانیسمهای حل-کننده سیلیکات از خاک ریزوسفری و ارزیابی عناصر کم مصرف آزادسازی شده توسط سویهها از منابع مختلف سیلیکاته در محیط ریشه و همچنین نقش عناصر کم مصرف در تغذیه و بهبود رشد گیاه ذرت صورت گرفته است.
مواد و روشها
برای انجام این پژوهش تعداد 40 نمونه خاک ریزوسفری از عمق 0-30 سانتیمتری از مزارع سیب زمینی استان آذربایجان غربی و آذربایجان شرقی برداشت گردید. جداسازی میکروارگانیسمهای نمونههای خاک به روش رقتهای دهتایی در محیط کشت الکساندروف، صورت پذیرفت . - HU et al., 2006 - تمامی کانیهای مورد استفاده شامل بیوتیت، فلوگوپیت، مسکوویت و ایلیت، به وسیله آسیاب پودر شده و از غربال 60 مش عبور داده شدند. سپس با اسید کلریدریک 0/01 مولار شستشو داده شد تا پتاسیم قابل استفاده خارج گردد. برای اطمینان از خروج کامل پتاسیم قابل استفاده، پتاسیم با روش استات آمونیوم استخراج و اندازهگیری و اسید شویی تا حصول اطمینان از خروج کامل پتاسیم قابل استفاده ادامه یافت . سپس تا خشک شدن کامل در آون در دمای 50 درجه سانتیگراد قرار داده شد.
در نهایت مقدار 2 گرم نمونه خشک شده به یک لیتر محیط کشت الکساندروف اضافه گردید . - Keshavarz- Zarjani et al., 2014 - از رقتهای 10-3 و10-4 مقدار 0/5 میلیلیتر برداشته و به پلیتهای حاوی محیط کشت جامد الکساندروف اضافه و سپس پلیتها به مدت 10 روز و در دمای30 درجه سانتیگراد انکوبه شدند . پس از این مدت باکتریهایی که در اطراف خود، دارای هاله انحلال بودند به عنوان حل کننده کانی-های سیلیکاتی انتخاب شدند. تعداد 30 سویه باکتری جداسازی گردید. برای انجام آزمون گلخانهای از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با 2 فاکتور و 3 تکرار استفاده گردید. فاکتورهای آزمایش شامل منبع پتاسیمی 5 سطح: - 1 شاهد - بدون میکا - - 2 پتاسیم محلول - 3 فلوگوپیت - 4 ایلیت - 5 مسکوویت بود و فاکتور دوم تلقیح با زادمایه میکروبی شامل2 سطح: - 1 بدون تلقیح میکروبی - 2 تلقیح با باکتری بود. بستر کشت مورد استفاده از شن کوارتزی عبور کرده از الک 10 مش و به خوبی شسته شده با اسید کلریدریک 0/01 مولار و آب مقطر تهیه و سپس استریل شد. برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی بستر کشت مورد استفاده به روشهای استاندارد اندازهگیری گردید.
تمامی میکاها از الک 60 مش عبور داده شد. برای حذف ناخالصیهای موجود در سطوح تبادلی کانیهای میکایی کانیهای مورد نظر با کلرورکلسیم 0/5 مولار اشباع و سپس شتشو شد. بدین منظور به مقادیر یکسان از کانیهای میکایی جهت تأمین 0/5 درصد وزنی میکا، به گلدانها اضافه و به خوبی با شن کوارتزی مخلوط گردید. جهت تهیه زادمایه از سویههای منتخب، ابتدا باکتریها - Pseudomonas sp ., Bacillus sp. - بر روی محیط جامد آگار مغذی - Nutrient Agar - بازکشت شدند. پس از گذشت 48 ساعت از رشد ، یک لوپ از کشت تازه هر جدایه به درون یک ارلن 250 میلیلیتری حاوی 100 میلیلیتر از محیط نوترینت براث مایهزنی و در دمای 28 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت با سرعت 80 دور در دقیقه - rpm - تکان داده شدند. آزمایش گلدانی، در گلدانهای 6 کیلویی حاوی شن کوارتزی و سه نوع کانی میکایی - فلوگوپیت، ایلایت و مسکوویت - تهیه شده از معادن شهرستان ارومیه انجام شد. برای کشت گیاهان ابتدا در ته گلدانها از کاغذ صافی و سپس از شنهای درشت به عنوان زهکش استفاده شد. سپس مقدار کمی شن کوارتزی در ته هرگلدان - یک چهارم هر گلدان - ریخته شد و پس از آن با مخلوط شن کوارتزی و کانی میکایی 0/5 - درصد وزنی - پر گردید . سپس مقدار یک میلیلیتر از سوسپانسیون باکتریایی کشت تازه به هر بذر اضافه و تلقیح گردید.
پس از افزودن مایه های تلقیح، 8 عدد بذر ذرت سینگل گراس - 640 بعد از انجام ضدعفونی سطحی با هیپوکلریت سدیم - در هرکدام از گلدانها قرار داده و مقداری شن کوارتزی روی آنها ریخته شد. 10 روز پس از سبز شدن بذرها، تعداد 3 بوته - سالمتر و قویتر - در هر گلدان نگه داری شدند. در طول دوره رشد، از آب مقطر به منظور آبیاری و از محلول غذایی کامل فاقد پتاسیم برای تغذیه گیاهان استفاده شد. پس از 70روز دوره رشد، بخش هوایی گیاهان از رویه خاک جدا شدند. بخش هوایی گیاه پس از شستشو با آب مقطر، به مدت 72 ساعت در آون و در دمای 70 درجه سانتی گراد خشک شدند. سپس، نمونه ها برای تعیین عملکرد ماده خشک و توزین و آسیاب شدند. عناصر آهن، روی، مس و منگنز در بخش هوایی نمونههای گیاهی به روش هضم خشک عصارهگیری و توسط دستگاه جذب اتمی - Shimadzu-AA6300 - اندازهگیری گردید.
نتایج و بحث
جدول 1 برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی بستر مورد استفاده در کشت گلخانهای را نشان میدهد. تجزیه واریانس نشان داد که اثرات اصلی منبع پتاسیمی و تلقیح میکروبی بر مقدار آهن در گیاه معنیدار P< 0/01 - و - P< 0/001، روی P< 0/001 - و - P< 0/01، مس و منگنز P< 0/01 - و - P< 0/001 معنیدار بود. همچنین اثرات متقابل این دو فاکتور بر مقدار روی - P< 0/01 - ، مس - P< 0/001 - و منگنز - P< 0/05 - معنیدار بود. تلقیح میکروبی، مقدار آهن اندام هوایی را 41/30 درصد نسبت به تیمار شاهد افزایش داد - شکل - 1 الف - . بالاترین مقدار آهن اندام هوایی در تیمار ایلیت مشاهده گردید که تفاوت معنیداری با سایرکانیهای پتاسیمی نداشت و نسبت به شاهد 3/98 برابر افزایش نشان داد - شکل -1 ب - . مقایسه میانگین مقدار روی، مس و منگنز اندام هوایی نشان داد که بیشترین مقدار روی، مس و منگنز اندام هوایی مربوط به تیمار پتاسیم محلول با تلقیح باکتریایی بود که بهترتیب 22/41، 5/54، و 2 برابر نسبت به تیمار شاهد پتاسیم محلول افزایش نشان داد - جدول. - 2 مقدار روی، مس و منگنز در تمامی تیمارهای باکتریایی که حاوی کانیهای میکایی بودند، نسبت به شاهد کانی-های میکایی افزایش معنیدار نشان داد. بطوریکه بیشترین مقدار روی، مس و منگنز اندام هوایی گیاه با تلقیح باکتریایی کانی ایلیت، فلوگوپیت و مسکویت حاصل گردید که به ترتیب 1/49 ، 67/64 و 1/34 برابر نسبت به تیمار شاهد افزایش داشت.
تیمار پتاسیم محلول بکاربرده شده توانست مقدار عناصر کم مصرف را نسبت به بقیه تیمارهای پتاسیمی بهطور معنیداری افزایش دهد. بهبود رشد و عملکرد گیاه در تیمار پتاسیم محلول نشان میدهد که احتمالاً مقدار عناصر آزادشده در کانیهای سیلیکاتی کافی نبوده و تیمار پتاسیم محلول در اثر تعادل عناصر غذایی بهتر توانست فراهمی عناصر کم مصرف در گیاه را افزایش داده و رشد گیاه را بهبود بخشد - رحیمزاده و همکاران، Moira . - 1392 و همکاران - 1963 - تعداد زیادی از میکروارگانیسمها را جداسازی نمودند که پتانسیل آزادسازی یونهای فلزی از منابع سیلیکاتها، سنگ و خاکها را داشتند. کانیهای مورد استفاده در مطالعه آنها ساپونیت و ورمیکولیت بودند. آنها همچنین بیان داشتند که این میکروارگانیسمها اسید سیتریک و اسید اگزالیک را که به طور عمده در تجزیه یا انحلال سیلیکاتهای طبیعی و در انتقال یونهای فلزی مؤثرند تولید میکنند. Mortland و - 1961 - Lawton گزارش دادند که وجود برخی نواقص ساختمانی در میکاها نیز از عوامل تاثیرگذار برآزادسازی عنصرغذایی از آنها میباشد.
بعضی موسکویتها گاهی دارای ناپیوستگی میباشند؛ این صفحات ناپیوسته در آغاز، تندی آزادسازی عناصر غذایی را افزایش میدهند - خیامیم و همکارن، . - 1388 مکانیسم تجزیه سیلیکاتها بر حسب نوع میکروارگانیسم تجزیه کننده متفاوت خواهد بود. ولی اساسا این فرایند در نتیجه تأثیر فرایندهای متابولیک - مانند تولید و ترشح پروتون، اسیدهای آلی، سیدروفور و لیگاندهای آلی - این میکروارگانیسمها روی کانیها انجام میگیرد Rogers - و 2004 . - ,Bennett محققین گزارش کردند که برخی باکتریها تولید مواد پلی ساکاریدها - مثل اسیدهای اورنیک - می کنند که این مواد دارای عوامل کربوکسیلی - COOH - و فنلی - C6H6O - میباشند که فنل و کربوکسیل موجود در پلیساکاریدها با عناصر موجود در سیلیکاتها واکنش داده و تشکیل پیوندهای پیچیدهای میدهند که منجر به آزادشدن عناصر از شبکه کریستالی شده و باعث انتقال آنها به داخل محلول خاک میشوند Welch - و همکاران، Styriakova . - 1999 و همکاران - 2012 - گزارش کردند که تماس باکتری Bacillus cereus با کانی سیلیکاتی فلوگوپیت غلظت منیزیم و آلو مینیوم و سایر عناصر غذایی افزایش یافت. افزایش معنیدار عناصر کم مصرف در تیمارهای میکروبی نسبت به شاهد را میتوان چنین توجیه کرد که این میکروارگانیسمها با تخریب کانیهای میکایی، عناصر کم مصرف - همچون آهن، روی، مس، منگنز و منیزم و غیره - را از کانی آزاد کرده و به شکل قابل استفاده برای گیاه در میآورند. محققین نشان دادند سویههایی از Azotobacter، Pseudomonas
