بخشی از مقاله
چکیده
طبیعت خاک های کربناته که بخش عمده ای از اراضی زراعی و باغی ایران را شامل می شود، باعث شده تا استفاده از کودهای شیمیایی فسفره از کارآیی کمی برخوردار بوده و بدین دلیل کشاورزان برای حصول نتیجه مورد نظر هر ساله مقادیر متنابهی از این نهاده شیمیایی را به اراضی زیر کشت اضافه نمایند. محدودیت منابع فسفر در دنیا و قیمت روز افزون کودهای فسفره، واردات آنها را به کشور با مشکل روبرو ساخته و مصرف بی رویه آنها در کشور آلودگی های زیست محیطی را به دنبال داشته است. چنانچه بتوان فسفر تجمع یافته در خاک را به فرم قابل استفاده گیاه تبدیل نمود، میتوان ضمن کاهش مصرف کودهای فسفره رشد و عملکرد مناسب گیاهان را نیز تضمین نمود.
گروهی از ریزجانداران خاکزی اعم از قارچها و باکتریها این توانایی را دارند که با استفاده ازمکانیسم های ویژه ای در میکروسایت های خاک اطراف ریشه گیاهان، فسفر را از فاز تثبیت شده خارج نمایند. جداسازی، شناسایی، تکثیر و فرمولاسیون این ریزجانداران اساس و پایه تولید نوع جدیدی از کودهای زیستی به نام کودهای بیولوژیک فسفره را تشکیل داده است. کودهای بیولوژیک در مقایسه با کودهای شیمیایی از منافع اقتصادی و زیست محیطی فراوانی برخوردار هستند.
این کودها علاوه بر صرفه اقتصادی، باعث پایداری منابع خاک و حاصلخیزی آن، حفظ توان تولید در دراز مدت، تجزیه فضولات و سمیت زدایی خاک های آلوده میگردد. از سوی دیگر، تولید محصولات غذایی با کیفیت که محصول این کودها م یباشد، نه تنها باعث رضایت خاطر مصرف کنندگان می شود، بلکه تأمین و تضمین سلامت جسمی آنان را نیز در پی دارد. در این مقاله سعی بر آن است تا با ایجاد امکان طراحی کودهای زیستی با استفاده از میکروب های محرک رشد گیاه با یادآوری مزایای استفاده از این گونه کودها، بر نقش موثر آنها در حفظ محیط زیست و سلامت انسان ها تاکید گردد.
مقدمه
طی چند دهه اخیر به علت افزایش جمعیت و تقاضای روز افزون برای مواد غذایی، مصرف کودهای شیمیایی به منظور افزایش مقدار تولید در واحد سطح به شدت افزایش یافته است. استفاده از کودهای شیمیایی فسفاته تاریخچه دیرینه ای دارد و به انقلاب سبز و معرفی کودهای شیمیایی برمیگردد . - 1 - مصرف بی رویه کودهای شیمیایی موجب عدم تعادل عناصر و مواد غذایی موجود در خاک، کاهش بازده محصولات کشاورزی و به خطر افتادن سلامت انسان ها و دیگر موجودات زنده خواهد شد. نیاز به جایگزینی مناسب برای کودهای شیمیایی زمانی احساس میشود که بدانیم علاوه بر آسیب های زیست محیطی ناشی از کاربرد کودهای شیمیایی ، محدود بودن منابع ، افزایش قیمت تمام شده و تثبیت شدن قسمت اعظمی از کودهای فسفاته مصرفی به شکل غیر قابل استفاده برای گیاه نیز پیامدهای استفاده از این کودهای شیمیایی هستند.
اثرات سوءکودهای شیمیایی
مصرف بی رویه کودهای شیمیایی ، گذشته از هزینه گزافی که بر زارع تحمیل می کند، اثرات زیانباری را نیز در پی دارد. آنچه مسلم است کودهای شیمیایی نمی توانند برای بافت و حاصلخیز کردن ان مفید باشند چرا که بخشی از مواد مورد نیاز گیاه طی یک دوره کشت توسط گیاه برداشته می شود و نیازمند بازسازی است . یکی از تاثیرات زیانبار کودهای شیمیایی ، مسمومیت ناشی از استفاده زیاد از این عناصر است که در اثر جذب بیش از حد آن اتفاق میافتد و باعث بالا رفتن غلظت این عناصر در بافت های گیاهی و بهم خوردن تعادل عناصر غذایی می گردد. کاهش کمیت وکیفیت محصول ، تجمع بور ، کادمیم و سایر فلزات سنگین در گیاه ، کاهش جذب مس، آهن و سایر ریز مغذی ها توسط ریشه ، تخریب ساختمان خاک از دیگر تاثیرات سوء، استفاده از کودهای شیمیایی است.
همچنین آلودگی آبها به فسفر بالا و عناصر سنگین فوق ، تجمع و سپس انتقال زیاد فسفر از طریق اب های روان به منابع آبی را که مانند مرداب ها و دریاچه ها باعث افزایش رشد جلبک ها و خزه ها ودر نتیجه بهم خوردن نسبت موجودات زنده در این آبها می شود. این پدیده یکی از دلایل مهم کاهش جمعیت و حتی مرگ آبزیان می باشد . همچنین کادمیم یکی از فلزات سنگین است که برای گیاهان و حیوانات سمی است ودر پیکره موجودات زنده ، فعالیت آنزیمی بدن را مختل می کند. یکی از منابع اصلی آلودگی گیاهان و خاک ها نیز مصرف کودهای فسفاته با میزان کادمیم بالا می باشد. حد مجاز این عنصر در کودهای فسفره به وسیله تحقیقات خاک و آب 25 میلی گرم در کیلوگرم تعیین شده است.
این معایب کودهای شیمیایی باعث شد که تولید کود های بیولوژیک مورد توجه جدی قرار گیرد . - 2 - ضرورت یافتن جایگزینی مناسب برای رهاسازی فسفات تجمع یافته در خاک زمانی بیشتر احساس می شود که براین امر واقف گردیم که منابع فسفات موجود در خاک قابلیت تامین فسفات مورد نیاز گیاهان برای تولید بهینه تا صد سال را دارا می باشد بنابراین کافی است که این منبع عظیم فسفر را به صورت قابل جذب و استفاده برای گیاه تبدیل نمود.
به همین علت امروزه استفاده از کودهای بیولوژیک مورد توجه قرار گرفته است که مکانیسم عمل انها قابلیت جذب عناصر غذایی گیاه در خاک را افزایش میدهد . - 11 - کودهای زیستی به مواد حاصلخیز کننده ای گفته می شود که شامل تعداد کافی از یک یا چند گونه از ارگانیسم های مفید خاکزی هستند که در بستری از مواد نگهدارنده قرار دارند به عبارت دیگر این نوع کودها حاوی گونه های میکروبی موثر برای تامین عناصر غذایی مورد نیاز گیاه هستند و بازده تولید را در واحد سطح افزایش می دهند.
استفاده از کودهای زیستی:
کودها محصولات جهانی هستند و قیمت در دسترس بودن انها به وسیله فاکتورهای مختلفی در دنیا تحت تاثیر قرار میگیرد . کاربرد روز افزون کودهای شیمیایی باعث بروز خسارات جبران ناپذیر زیست محیطی ، بهداشتی و اقتصادی شده است . علاوه براین کاربرد کودهای شیمیایی و برجای ماندن آنها در طبیعت باعث آلودگی آب و خاک شده و از این طریق باعث ایجاد بیماری های مختلف می گردد . باتوجه به معایب استفاده از کود های شیمیایی وهزینه بالای تولید و تهیه این کودها ، امروزه تولید کودهای زیستی به طور جدی مورد توجه قرار گرفته است . کودهای زیستی در مقایسه با کودهای شیمیایی از منافع زیست و اقتصادی فراوانی برخوردار هستند.
علاوه بر فواید اقتصادی، کودهای زیستی باعث پایداری منابع خاک، حفظ توان تولید در دراز مدت و جلوگیری از آلودگی محیط زیست می گردند. همچنین تولید محصولات غذایی با کیفیت که محصول این کودها است، باعث رضایت خاطر مصرف کنندگان می شود و تائید سلامت جسمی آنها را در پی دارد . کود های بیولوژیک منشا طبیعی دارند و معمولا از خاک تهیه می شوند ، بنابراین سبب بهبود ساختمان خاک ، افزایش محصول و کاهش الودگی ناشی از مصرف کودهای شیمیایی و در نتیجه کاهش بیماری خواهند شد. با توجه به سازگاری میکروارگانیسم ها با شرایط محیط و اقلیمی زیستگاه اصلی آنها، تولید کودهای بیولوژیک از باکتری های غیر بومی که از مناطقی با ویژگی های اقلیمی متفاوت نسبت به شرایط داخلی کشور بدست آمده اند از کارایی مطلوبی برخوردار نخواهند بود.
بنابراین استفاده از باکتری های بومی که با شرایط زیستی کشور سازگار هستند در تولید کود بیولوژیک مناسب تر خواهد بود. در دهه های اخیر تولید محصولات کشاورزی عمدتا بر مصرف نهاده های شیمیایی بوده که این امر منجر به بروز مشکلات زیست محیطی شده است . به منظور افزایش حاصلخیزی خاک و در نتیجه افزایش عملکرد گیاهان در کشاورزی اکولوژیک، استفاده از کودهای بیولوژیک به عنوان جایگزینی برای کودهای شیمیایی مطرح می باشد. کودهای زیستی فسفاته علاوه بر صرفه جویی و کاهش مصرف کود شیمیایی فسفاته، باعث جذب بیشتر فسفر توسط گیاهان و در نتیجع افزایش رشد ان شده و مقاومت گیاه به بیماری را افزایش می دهد. علاوه بر ان مصرف این نسل از کودها باعث کاهش الودگی های زیست محیطی می شود.
هدف از بررسی این پژوهش طراحی کودهای بیولوژیک با استفاده از باکتریهای افزایش دهنده رشد گیاه - محلول کننده های فسفات در راستای سلامت محیط زیست و منابع طبیعی می باشد مهم ترین سازوکارهایی که این باکتر ی ها به واسطه انها بررشد گیاهان موثر واقع می شوند شامل اثر بر مورفولوژی ریشه که عمدتا به واسطه ی تولید هورمون های محرک رشد از جمله اکسین ها، جیبرلین ها، سیتوکینین ها می باشد. تثبیت نیتروژن مولکولی هوا، توانایی محلول کنندگی فسفات های نامحلول خاک، تولید سیدروفور، اکسایش بیولوژیک گوگرد، تجزیه سیلیکات ها و آزادسازی عناصری همچون پتاسیم، آهن، روی می باشد.
مواد وروش ها:
نمونه برداری از ریزوسفر:
تعداد 4 نمونه ریزوسفری از عمق 30 سانتی متری خاک از خاک زمین های زراعی مناطق مختلف به صورت اسپتیک از زمین جدا میگردد و سپس ریشه وخاک اطراف ان در داخل کیسه پلاستیک استریل قرار گرفته و در ظرف یخ قرار داده شده تا در اسرع وقت به ازمایشگاه انتقال داده شود در ضمن علاوه بر یادداشت زمان نمونه برداری، نوع هیبرید گیاه کشت شده نیز مشخص گردد. نمونه گیری های فوق از ریزوسفر به دفعات تکرار میشود تا به تعداد کافی از ریزوباکترها دست یافته شود.
آزمایش برروی نمونه های گیاهی و جداسازی و غربالگری میکروب های محلول کننده فسفات : برای هر نمونه 45 میلی لیتر نرمال سالین استریل به همراه 5 گرم خاک و ریشه از گیاه مورد نظر تهیه گردید و به مدت نیم ساعت در شیکر قرار داده شد. سپس رقت های متوالی تا -8 10 تهیه و از هررقت در پلیت های لوریا آگار و اسپربر که از قبل تهیه گردیده با اسپریدر کشت شد و به مدت 48 ساعت در دمای 30 درجه گرماخانه گذاری گردید. رشد باکتری و شمارش کلنی براساس رقت های انجام شده صورت پذیرفت و همین طور رشد باکتری ها را در محیط اسپربر به مدت 5 تا 7 روز بر اساس قطر هاله و کلنی بررسی گردید و هرروز قطر هاله و قطر کلنی باکتری های مربوطه اندازه گیری شدند. از باکتری های که طی این مدت هاله ایجاد کردند بر روی لوریا آگار کشت خالص تهیه گردید.
آزمون بررسی محلول سازی فسفات:
محلول ساختن فسفات نامحلول توسط هریک از باکتری های ایزوله شده به کمک محیط پیکواسکیا - PVK - واسپربر ردیابی شدند بدین صورت که ابتدا 10 میکرولیتر از سوسپانسیون هریک از باکتریها از کشت 48 ساعته بر روی محیط های فوق لکه گذاری و سپس به مدت یک هفته در 28 درجه قرار گرفتند و قطر هاله شفاف دور کلنی نیز ثبت گردید. هر روز قطر کلنی و هاله ها اندازه گیری شدند و این آزمایش سه بار تکرار گردید.
انحلال روی:
در این تست نیز در محیط پایه پیکوواسکیا اصلاح شده و واجد اکسید روی نامحلول استفاده شد. سوسپانسیون 48 ساعته باکتری در پلیتها بصورت لکه گذاری کشت داده شده و در 28 درجه سانتیگراد به مدت 7 روز نگهداری گردیدند. ظهور مناطق شفاف اطراف کلنی نشان دهنده انحلال روی است - .8 - یک کلنی از باکتری ایزوله شده مورد نظر در 5 میلی لیتر لوریا بورنتی براث تلقیح گردیده و پس از 24 ساعت قرار گرفتن در شیکر، به مدت 10 دقیقه در 8000 دور بر دقیقه در سانتریفیوژ قرار گرفت.
ابتدا 3 بار با نرمال سالین استریل عمل شستشو انجام شد و در ادامه 1 میلی لیتر نرمال سالین استریل به رسوب باکتری افزوده گردید تا پس از بهم زدن لوله سوسپانسیون میکروبی یکنواختی حاصل گردد. در خاتمه 20 میکرولیتر از سوسپانسیون بدست آمده بصورت لکه گذاری به محیط کشت های فاقد نیتروژن به نام های جنسون و ازتوباکتر - های مدیا - به طور جداگانه اضافه گردید و در دمای 30 درجه سانتی گراد قرار گرفتند. از ازتوباکتر وینلاندی 4 - پی تی سی سی: - 1658 نیز بعنوان باکتری کنترل مثبت استفاده شد. رشد باکتری در زمان های24، 48، 72، 96 ارزیابی گردیدند.
تست تولید آمونیاک:
کشت های باکتریایی با رشد یک شب در 10 میلی لیتر پپتون براث کشت شدند و در دمای 28 درجه به مدت 48 ساعت در شیکر انکوباتور قرار گرفتند. در ادامه 0/5 میلی لیتر از معرف نسلر به آن اضافه شد. ایجاد زرد کم رنگ تا قهوه ای تیره نشان دهنده تولید آمونیاک تلقی گردید.
