مقاله ساز و کار گونه‌های Trichoderma در کنترل زیستی بیماری‌های گیاهی

بخشی از مقاله

چکیده

جنس Trichoderma شامل تعداد فراوانی از سویههای قارچی است که به عنوان عوامل کنترل زیستی عمل مینمایند. ویژگیهای آنتاگونیستی اعضای این جنس بر فعالسازی مجموعهای از ساز و کارها مبتنی است. سویههای Trichoderma در کنترل زیستی بیمارگرهای گیاهی، به طور غیرمستقیم از طریق رقابت برای کسب مواد غذایی و فضا، افزایش رشد گیاه، القای ساز و کارهای دفاعی گیاه و آنتیبیوز؛ و یا به صورت مستقیم از طریق ساز و کارهایی نظیر پارازیتیسم قارچی، عمل میکنند. ممکن است ساز و کارهای مستقیم و غیرمستقیم به صورت هماهنگ با یکدیگر عمل نمایند. اهمیت این ساز و کارها در فرآیند کنترل زیستی، به سویه Trichoderma ، بیمارگر قارچی مورد تهاجم، گیاه و شرایط محیطی شامل قابلیت دسترسی به مواد غذایی، اسیدیته و دما وابسته است. فعالسازی هر یک از ساز و کارها مستلزم تولید ترکیبات و متابولیتهای اختصاصی، از جمله ترکیبات سمی، آنزیمهای هیدرولایتیک و آنتیبیوتیکهاست.

کلمات کلیدی: گونههای Trichoderma، کنترل زیستی، ساز و کار، قارچهای بیمارگر گیاهی

.1 مقدمه

گونههای متعلق به جنس Trichoderma دارای پراکنش جهانی هستند و به سهولت از خاک، چوبهای پوسیده و سایر اشکال مواد آلی با منشأ گیاهی جداسازی میشوند. از آنجایی که این گونهها هیچ مرحله جنسی شناخته شدهای ندارند، در گروه قارچهای ناقص دسته بندی می شوند. نرخ رشدی سریع گونههای Trichoderma در محیط کشت و نیز تولید انبوهی از هاگهای سبزرنگ از ویژگیهای اعضای این جنس است. پتانسیل گونههای Trichoderma به عنوان عوامل کنترل زیستی بیماریهای گیاهی در اوایل دهه 1930 شناخته شد . - 9 - بخش قابل توجهب از آنتاگونیستهای به کار رفته در کنترل قارچهای بیمارگر گیاهی شامل سویههای مختلفی از جنس Trichoderma است. معمولترین عوامل کنترل زیستی در این جنس، سویههایی از T. virens، T. viride و T. harzianum میباشند. موفقیت سویههای مختلف به عنوان عوامل کنترل زیستی به دلیل توانایی تولیدمثلی بالا، توانایی در بقاء تحت شرایط بسیار نامساعد، کارایی در استفاده از مواد غذایی، توانایی تغییر فراریشه، قدرت تهاجمی شدید در مقابل عوامل بیماریزای گیاهی و کارایی افزایش رشد و ساز و کارهای دفاعی گیاه است 11 - ، . - 12

یکی از جنبههای جالب توجه علم کنترل زیستی، مطالعه ساز و کارهای به کار رفته به وسیله عوامل کنترل زیستی در جهت کنترل بیماری است. نتایج تحقیقات صورت گرفته حاکی از آن است که ساز و کارها، حتی در درون جنس Trichoderma متعدد و مختلف هستند. به منظور اثربخش نمودن استفاده از عوامل کنترل زیستی در جهت کنترل بیماریهای گیاهی، چگونگی عملکرد این عوامل و همچنین محدودیتهای آنها بایستی درک شود. سپس میتوان ابزارهای مؤثر کشت، نگهداری و کاربرد عوامل کنترل زیستی را توسعه داد به طوری که بهترین توانایی بالقوه آنها برای کنترل بیماریهای گیاهی به کار گرفته شود 4 - ، . - 5 در ذیل، ساز و کارهای به کار رفته به وسیله Trichoderma در کنترل زیستی عوامل بیمارگر گیاهی تشریح میگردد.

.2 پارازیتیسم قارچی

پارازیتیسم قارچی، حمله مستقیم یک قارچ به قارچ دیگر است و فرآیند بسیار پیچیدهای شامل شناسایی، حمله، نفوذ و از بین رفتن میزبان میباشد. یکی از ویژگیهای برجسته اعضای جنس Trichoderma، کنترل زیستی مستقیم، از طریق پارازیتیسم دامنهای از قارچهاست. القای این پدیده، بخشی به دلیل بیان آنزیمهای تجزیه کننده دیواره سلولی، غالباً کیتینازها، گلوکانازها و پروتئازها، روی میدهد. الگوی القاء، از یک سویه Trichoderma به سویه ای دیگر متفاوت است. اعتقاد بر این است که قارچها، اندوکیتینازها را در مقادیر اندک ترشح میکنند. زمانی که کیتینازها دیوارههای سلولی قارچی را تجزیه میکنند، الیگومرهایی آزاد شده که اگزوکیتینازها را القاء نموده و حمله آغاز میگردد.

پارازیتیسم قارچی شامل تغییرات ریختشناسی، از جمله حلقه زدن و تشکیل ساختارهای چنگک مانند است که عهدهدار نفوذ به میزبان بوده و حاوی غلظت بالایی از محلولهای اسمتیک نظیر گلیسرول است. در مطالعهای، کنترل زیستی بیمارگر گیاهچههای مرکبات، Rhizoctonia solani، به Trichoderma lignorum نسبت داده شد . - 9 - جزئیات پارازیتیسم ریسه های R. solani،شامل حلقه زدن ریسه عامل کنترل زیستی به دور ریسه بیمارگر، نفوذ به سلولهای ریسه و متعاقب آن فروپاشی سیتوپلاسم بیمارگر گیاهی ذکر شده است. چنین پدیدهای صرف نظر از فراهم بودن مواد غذایی در محیط پیرامون میزبان یا انگل قارچی روی میدهد. ممکن است گونه T. lignorum به منظور جذب مواد غذایی از ساز و کار رقابت با R. solani نیز بهره جوید، اما ساز و کار اصلی آن در کنترل زیستی، پارازیتیسم است.

.3 آنتیبیوز - تولید زهرابه و آنتیبیوتیک -

آنتیبیوز در طی برهمکنش های عوامل کنترل زیستی با بیمارگرها، از طریق مداخله ترکیبات قابل انتشار با وزن مولکولی پایین یا آنتیبیوتیکهای تولید شده به وسیله سویههای Trichoderma روی میدهد و از رشد سایر ریزسازوارهها ممانعت میکند. اغلب سویههای Trichoderma متابولیتهای سمی فرار و غیرفراری تولید میکنند که از کلونیزه شدن گیاه به وسیله ریزسازوارههای مورد تهاجم عامل کنترل زیستی ممانعت میکنند. گونه Trichoderma virens از طریق تولید یک "جزء کشنده" و تراوش آن به محیط اطراف، شرایط را برای فعالیت کنترلی خود فراهم میسازد . - 10 - این جز کشنده، گلیوتوکسین 1 نام دارد که برای بیمارگرهای R. solani و Sclerotinia americana به عنوان یک ماده سمی عمل میکند . - 8 -

در تحقیقی روشن شد که مهار گونههای Pythium به وسیله Trichoderma harzianum - T-12 - و Trichoderma koningii - T-8 - در نخود به دلیل فعالیت پارازیتیسم و یا رقابت نیست، بلکه به تولید یک ترکیب سمی به وسیله عوامل کنترل زیستی نسبت داده شد که از رشد بیمارگر جلوگیری مینمود . - 5 - فعالیت بازدارندگی T. virens - GL-21 - در مقابل مرگ گیاهچه ناشی از R. solani و P. ultimum در گل آهار با تولید زهرابه گلیوتوکسین در ارتباط است. از دست رفتن توانایی تولید گلیوتوکسین در جهش یافتههای T. virens - G20-M36, M37, M50, M96 - بر کارایی این سویهها به عنوان عوامل کنترل زیستی مرگ گیاهچه پیتیومی به شدت مؤثر بود . - 4 -

اهمیت آنتیبیوتیک ها در فعالیت کنترل زیستی در مطالعات مختلفی روشن شده است. در سال 1983، یک آنتیبیوتیک جدید تحت عنوان گلیوویرین2 از T. virens - GV- P - جداسازی و توصیف شد. این آنتیبیوتیک در مقابل Pythium ultimum و گونههای Phytophthora فعالیت بازدارندگی شدیدی داشت، هرچند که برای R. solani،Thielaviopsis basicola، Phymatotrichum omnivorum، Rhizopus arrhizus یا Verticillium dahliae فاقد عملکرد بازدارندگی بود. به علاوه، گلیوویرین برای عوامل کنترل زیستی Pseudomonas fluorescens و Bacillus thuringensis بازدارنده نبود.

پس از آن مشخص شد که جهش یافته های معیوب در سنتز آنتیبیوتیک گلیوویرین توانایی کنترل مرگ گیاهچه پنبه ناشی از Pythium را از دست میدهند. در مطالعه ای، جهش یافته های T. virens که فاقد توانایی پارازیتیسم و بیوسنتز گلیوتوکسین بودند - 3 - ، در کنترل مرگ گیاهچه ناشی از R. solani و P. ultimum کارایی مشابه با سویههای والدی نشان دادند. چنین نتایجی روشن نمود که تنها توانایی پارازیتیسم و تولید زهرابه برای کنترل زیستی بیماریهای گیاهچه پنبه مورد نیاز نیست. اغلب جدایههای T. harzianum که در مقابل Gaeumannomyces graminis var. tritici مؤثر هستند آنتیبیوتیک پیرون1 تولید میکنند و موفقیت سویهها به طور دقیق با تولید این آنتیبیوتیک در ارتباط است . - 4 -

.4 رقابت در فراریشه

اگر پارازیتیسم و آنتیبیوز تنها ساز و کارهای در فرآیند کنترل زیستی نیستند، چه ساز و کار دیگری وجود دارد؟ ساز و کار دیگری که در سالهای اخیر توجه فراوانی را به خود جلب نموده است، رقابت از طریق دارا بودن قابلیت در فراریشه است. قابلیت در فراریشه از اهمیت قابل توجهی برخوردار است، زیرا عوامل کنترل زیستی در صورتی که قادر به رشد در فراریشه نباشند نمیتوانند به منظور کسب فضا و مواد غذایی رقابت نمایند. فقدان مواد غذایی معمولترین دلیل مرگ ریزسازوارههاست، به طوری که رقابت برای مواد غذایی محدود، به کنترل زیستی عوامل بیماریزای قارچی منجر میشود. آنتاگونیستهای موفق معمولاً قادرند بر اثرات قارچایستایی خاک که از حضور متابولیتهای تولید شده به وسیله سایر گونهها، از جمله گیاهان، ناشی می شود غلبه نموده و تحت شرایط بیشینه رقابتی بقاء یابند.

از آنجایی که گونههای Trichoderma به طور طبیعی به بسیاری از ترکیبات سمی، شامل علفکشها، قارچ کشها، آفتکش ها نظیر DDT و ترکیبات فنلی مقاوم هستند، پس از مایهزنی در خاک به سرعت رشد میکنند. سویه های مختلف Trichoderma پس از کاربرد مقادیر زیرکشنده از برخی از این ترکیبات به سرعت تجدید میگردند. از این جهت، آماده سازی سویه های Trichoderma در کنترل چند بیمارگر گیاهی، نظیر R. solani، P. ultimum و Sclerotium rolfsii زمانی که در تناوب با متیل بروماید، بنومیل کاپتان یا سایر ترکیبات شیمیایی به کار برده میشوند، بسیار مؤثر است. گونههای Trichoderma، چه به خاک اضافه شوند و چه به عنوان تیمار بذر مورد استفاده قرار گیرند، به موازات توسعه سیستم ریشه گیاهان تیمار شده به سهولت رشد میکنند . - 1 -

.5 بیوسنتز آنزیمها

عوامل کنترل زیستی، آنزیمهایی از جمله کیتینازها و یا گلوکانازها را تولید میکنند که از جمله عوامل سرکوب کننده بیمارگرهای گیاهی به شمار میروند. عملکرد این آنزیم ها، شکستن پلیساکاریدهای کیتین و گلوکان در دیوارههای سلولی قارچی است که متعاقب آن، یکپارچگی دیواره سلولی از بین خواهد رفت. در مطالعهای، کلونیزه شدن ریشههای پیاز آلوده به Sclerotium cepivorum به وسیله T. koningii - Tr5 - مشاهده شد . - 7 - ریسههای عامل کنترل زیستی به منظور تخریب ریسه های بیمارگر، به داخل بافت آلوده اپیدرم و پوست ریشه، بدون ایجاد هیچ گونه آسیبی در بافت گیاهی غیرآلوده و یا با آسیب بسیار اندک، نفوذ نمودند. این پدیده، به عملکرد اندو- و اگزوکیتینازهای تولید شده به وسیله T. koningii نسبت داده شد . - 7 - تراریختههایی از T. koningii با فعالیت کاهش یافته و یا بیان فراوان آنزیمهای ذکر شده، در مقابل