بخشی از مقاله
چکیده
در حدود 98 درصد پتاسیم موجود در خاک به شکل کانیهای معدنی است که برای گیاهان قابلاستفاده نمی-باشد. بر اساس گزارشها، ریزجانداران مختلف مانند باکتریها قادرندکانیهای سیلیکاتی حاوی پتاسیم همچون میکا را به فرم محلول درآورده و عناصری چون پتاسیم، فسفر، آهن، روی و سیلیسیم را آزاد کنند و در طول دوره رشد در اختیار گیاه قرار دهند.
بنابراین، پژوهش حاضر به منظور جداسازی، شناسایی و ارزیابی کارایی باکتریهای حلکننده سیلیکات منطقه ریزوسفر ریشه برنج در سال 1394 اجرا شد. نتایج تجزیه واریانس وجود اختلاف معنیداری در سطح احتمال یک درصد را بین ایزولهها نشان داد. بر اساس یافتهها، 15 درصد ایزولههای جدا شده از ریزوسفر ریشه برنج قابلیت حلکنندگی سیلیکات و آزادسازی پتاسیم را در محیط کشت داشتند.
همچنین، نتایج مقایسه میانگین نشان داد که بالاترین میزان رهاسازی پتاسیم 35/32 - میلیگرم بر لیتر - از ایزوله M17 و کمترین میزان حلکنندگی پتاسیم 4/78 - میلیگرم بر لیتر - نیز از ایزوله M13 بهدست آمد. در ارزیابی ایزولهها مشخص گردید که همهی ایزولهها جزو باکتریهای گرم منفی بودند. نتایج این مطالعه میتواند جهت معرفی مناسبترین جدایههای باکتریهای حلکننده سیلیکات به منظور امکان استفاده از آنها در تولید کودهای زیستی پتاسیمی در مزارع برنج شمال کشور مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
چهار شکل مختلف پتاسیم در خاک به ترتیب سهلالوصول بودن برای گیاهان و میکروبها، شامل پتاسیم محلول، تبادلی، غیرتبادلی - تثبیتشده - و ساختمانی میباشد که شکلهای محلول و تبادلی آن قابل استفاده گیاه بوده و بقیه شکلها تقریباً غیرقابل استفاده میباشند بنابراین، بهمنظور تأمین پتاسیم مورد نیاز گیاه، این عنصر باید به طریقی از شکلهای تثبیت شده و معدنی به شکلهای تبادلی و محلول تبدیل شود
تا پیش از این گمان میرفت به علت جوان بودن بیشتر خاکهای کشور و شستشوی اندک آنها، مصرف پتاسیم ضرورت ندارد - مرشدی، - 1382، اما از آنجاییکه در حدود 98 درصد پتاسیم موجود در خاک به شکل کانیهای معدنی است که برای گیاهان قابل استفاده نمیباشد و بخش کوچکی از میزان پتاسیم موجود در خاک قابل استفاده برای گیاه است - ون اوئکسکول، - 1985، لذا کمبود پتاسیم بیش از پیش به عنوان یک عامل محدودکننده در سطح کشور مطرح میباشد. این وضع در حالیاست که در کشورهای پیشرفته، نسبت نیتروژن به پتاسیم مصرفیتقریباً یک به یک است، ولی متأسفانه این نسبت در کشور ما از 15 نیز بیشتر است
ریزجانداران مختلف شامل باکتریها، قارچها، مخمرها، جلبکها و نیز گلسنگها قادرند کانیهای سیلیکاتی حاوی پتاسیم همچون میکا را به فرم محلول درآورده و عناصری چون پتاسیم، فسفر، آهن، روی و سیلیسیم را آزاد کنند که در این میان باکتریها از اهمیت بیشتری برخوردارند
این باکتریها قادرند سیلیکاتهای معدنی حاوی پتاسیم را تجزیه کرده و پتاسیم قابل جذب برای گیاهان آزاد کنند - درجدر و همکاران، . - 1393 از این باکتریها که به باکتریهای حلکننده سیلیکات - SDB - 1 معروفند، کود بیولوژیکی پتاسیم تهیه می-گردد
قیناً امروزه آنچه که در ارتباط با مصرف کود در برنامه تولید یک محصول زراعی مدنظر است، تفاوت فاحشی با برنامههای کوددهی گذشته داردکه صرفاً شامل انواع محدودی از کودهایی به نام کود سفید و کود سیاه بود
استفاده از کودهای زیستی تولید شده در کشور و نمونههای وارداتی در برخی از موارد اثربخش بوده و تأثیر معنیداری بر عملکرد برخی محصولات زراعی از جمله گندم، جو و حبوبات داشته است اما در برخی موارد این نوع کودها اثربخش نبوده و انتظارات را برآورده نکردهاند
نتایج پژوهشها بیانگر این است که ریزجانداران جداسازیشده از منطقه ریزوسفر ریشه گیاه میزبان ممکن است نسبت به ریزجانداران جداسازیشده از منابع یا مناطق دیگر بهتر با گیاه میزبان سازگاری داشته باشند، که علت آن را میتوان به سازگاری باکتریها با سیستم ریشه گیاه و شرایط محیطی منطقه نسبت داد
بنابراین، برای رسیدن به موفقیت و خودکفایی در زمینه تولید کودهای زیستی، انجام مطالعات در مورد جداسازی، شناسایی و ارزیابی قابلیتهای این گونه باکتریها از جمله مهمترین موضوعات است که تا به امروز در کشور کمتر مورد توجه قرار گرفته شده است. با توجه به مطالب ذکر شده، هدف از این مطالعه مقدماتی شناسایی، جداسازی و ارزیابی باکتریهای حلکننده سیلیکات کارآمد و معرفی جهت بررسیهای تکمیلی برای رفع مشکل کمبود پتاسیم گیاه برنج در خاکهایی با قابلیت استفاده پتاسیم پایین میباشد.
مواد و روشها نمونهبرداری خاک
تعداد پنج نمونه خاک در پاییز سال 1394 از مزارع مختلف برنج شهرستان چالوس - چهار نمونه از هر منطقه به طور جداگانه - با حداقل ده سال سابقه کشت برنج یا تناوب برنج و شبدر جمعآوری شد. از هر مزرعه چند بوته برنج باقیمانده از فصل زراعی قبل به همراه خاک اطراف ریشه، نمونهبرداری و در کیسههای پلاستیکی قرار گرفت. نمونهها بلافاصله به آزمایشگاه منتقل و در دمای چهار درجه سانتیگراد در یخچال نگهداری شدند.
جداسازی باکتری
برای جداسازی باکتریها، ابتدا پنج گرم خاک از هر نمونه به 45 میلیلیتر آب نمک استریل - کلرید سدیم 0/85 درصد - سوسپانسیون شد. نمونهها بهمدت دو ساعت روی شیکر 150 - دور در دقیقه - در دمای اتاق تکان داده شد و رقتهای تا 10-4 در آب استریل حاوی 100 میلیگرم در لیتر سیکلوهگزیمید تهیه شد. از این رقت، 65 میکرولیتر در دو تکرار روی محیط کشت آگار غذایی حاوی سوکروز - NAS - پخش شد. پتریها در دمای 28 درجه سانتیگراد نگهداری و جداسازی باکتریها بر اساس اندازه، رنگ، ارتفاع کلنی 48 ساعت بعد از زمان کشت انجام شد.
شناسایی باکتریهای حلکننده پتاسیم
برای تعیین قابلیت حلکنندگی پتاسیم از روش اصلاح شدهی الکساندروف - زهرا، - 1969 استفاده شد. بهمنظور جداسازی باکتریهای آزادکننده پتاسیم، از روش لکهگذاری روی محیط جامد الکساندروف استفاده شد. تشکیل هاله در اطراف کلنی باکتریها نشاندهنده توانایی باکتری در حلکنندگی پتاسیم است - الکساندروف و همکاران، . - 1967 کارایی حلکنندگی1 این باکتریها از طریق نسبت قطر هاله شفاف2 به قطر رشد کلنی3 ضربدر 100 محاسبه گردید.
هر چه عدد بدست آمده بزرگتر باشد نشاندهنده کارایی بالاتر باکتری برای حلکردن سیلیکات میباشد - راماچاندران و همکاران، . - 2003 همچنین، میزان پتاسیم آزاد شده در محیط کشت مایع الکساندروف توسط جدایهها، پس از 20 روز به روش شعلهسنجی - والینگ و همکاران، - 1989 مورد ارزیابی قرار گرفت. بعد از شناسایی باکتریهای حلکننده سیلیکات، آزمون هیدروکسید پتاسیم سه درصد - ساسلو و همکاران، - 1982 برای بررسی واکنش گرم باکتریها انجام شد. در پایان، برای تجزیه و تحلیل دادهها از نرمافزار آماری SPSS نسخه 18 استفاده شد.
نتایج و بحث
در مجموع 40 عدد ایزوله باکتری از منطقه ریزوسفر ریشه برنج جداسازی، خالصسازی و جهت شناسایی اولیه جدایهها، آزمونهای اولیه معمولی انجام شد. توانایی باکتریها برای حلکنندگی سیلیکات روی محیط کشت الکساندروف مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تنها شش ایزوله قادر به تشکیل هاله در اطراف کلنی بودند که نشان از توانایی آنها در حلکردن پتاسیم نامحلول در محیط کشت جامد الکساندروف دارد - الکساندروف، . - 1967 نتایج تجزیه واریانس نشان داد که بین ایزولهها از نظر کارایی رهاسازی پتاسیم، اختلاف معنیداری در سطح احتمال یک درصد وجود دارد.
نتایج مقایسه میانگین نشان داد که بالاترین میزان آزاد سازی پتاسیم متعلق به ایزوله M17، به میزان 35/32 میلیگرم بر لیتر، بوده است که اختلاف معنیداری با سایر ایزولهها داشت. کمترین میزان رهاسازی پتاسیم نیز از ایزوله M13، بهمیزان 4/78 میلیگرم بر لیتر، بهدست آمد - جدول . - 1 افزایش میزان پتاسیم آزاد شده در خاک تحت تأثیر باکتریهای حلکننده سیلیکات جداسازی شده از ریزوسفر ذرت و گندم - سینگ و همکاران، - 2010، توتون - ژانگ و کونگ، - 2014، سورگوم - خرمالی و همکاران، - 2011 و سودانگراس - باساک و بیسوا، - 2010 پیشتر گزارش شده بود.
در واقع باکتریهای حلکننده سیلیکات با کاهش pH ریزوسفر، ترشح آنیونهای آلی و تشکیل کمپلکس با کاتیونهای سطحی کانی منجر به آزادسازی پتاسیم ساختمانی از کانی میشود - رحیمزاده و همکاران، . - 1392 نتایج آزمون هیدروکسید پتاسیم - سه درصد - نیز نشان داد که همه ایزولهها گرم منفی بودند - جدول . - 1 بهطورکلی، نتایج این مطالعه میتواند جهت معرفی مناسبترین جدایههای باکتریهای حلکننده سیلیکات به منظور امکان استفاده از آنها در تولید کودهای زیستی، بهمنظور افزایش میزان پتاسیم در دسترس خاک در مزارع برنج شمال کشور مورد استفاده قرار گیرد.
