بخشی از مقاله
چکیده
باکتریهای دیازوتروف سالیانه 60 درصد نیازهای نیتروژنی گیاهان را تامین میکنند. تثبیت بیولوژیکی نیتروژن توسط آنزیم نیتروژناز انجام میشود.
در ساختمان این آنزیم عناصری نظیر مولیبدن، آهن وجود دارد و امکان جایگزینی نقش آنها با عناصری نظیر وانادیوم و کبالت گزارش شده است. به منظور بررسی تاثیر تیمارهای وانادیوم، کبالت و مولیبدن بر گرهزایی و تثبیت نیتروژن سویا، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار انجام شد. فاکتور اول شامل نوع کاربرد عناصر - کاربرد خاکی، بذرمالی و محلول پاشی - ، فاکتور دوم نوع عنصر - شاهد، وانادیوم، کبالت، مولیبدن، وانادیوم + کبالت، وانادیوم + مولیبدن، مولیبدن + کبالت و وانادیوم + مولیبدن + کبالت - بودند.
گیاهان سویا پس از اعمال تیمارهای فوق در شرایط گلخانه برای مدت 70 روز نگهداری و سپس شاخص های رشدی و تثبیت نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجزیه واریانس دادهها نشان داد که از بین روشها، روش کاربرد خاکی بر روی گیاه عملکرد بهتری را نشان داد. بیشترین وزن خشک اندام هوایی، کلروفیل، تعداد گره ، وزن گره و نیتروژن تثبیت شده مربوط به تیمار مولیبدن و کبالت و تیمار مولیبدن و کبالت و وانادیوم بود. در این آزمایش تیمارهای حاوی وانادیوم به اندازه تیمارهای مولیبدن و کبالت نتایج مثبتی از خود نشان نداد اما نسبت به شاهد باعث افزایش عملکرد گیاه شد.
مقدمه
لوبیای روغنی، سویا یا سوژا از گیاهان دانه روغنی و علوفهای است که از قدیم الایام و حداقل 2800 سال قبل از میلاد در مناطق شمال شرقی چین کشت شده است .[1] روی ریشههای گیاه گرههای تثبیت کننده نیتروژن حاوی باکتریهای ریزوبیوم ژاپونیکوم وجود دارد که کربوهیدارتها و سایر مواد غذایی را از آوند آبکش ریشه گیاه میزبان گرفته و انرژی دریافتی را صرف تبدیل نیتروژن هوا به یون آمونیوم و در نهایت اسیدهای آمینه مینماید
نیتروژن معدنی جزء اصلی تمام پروتئینها، اسیدهای نوکلئیک و بیشتر مولکولهای زیستی دیگر است. نیتروژن برای تمام موجودات زنده ضروری است. در گیاهان نیتروژن محدودکنندهترین عنصر غذایی برای رشد است. در همیاری گیاهان لگوم با باکتریهای ریزوبیوم، باکتری قادر به تبدیل نیتروژن اتمسفری به فرم قابل استفاده نیتروژن یعنی آمونیوم میباشد
نیتروژن تثبیت شده برای گیاهان لگومی فوق العاده مفید و سودمند است، چراکه نیتروژن ترکیب اصلی آمینو اسیدها و پروتئینها میباشد. در حدود %90 لگومها به کمک خانوادهی رایزوبیاسه قادر به تثبیت نیتروژن میباشند. واکنش متقابل ریزوبیوم با بقولات به تشکیل اندامهای جدید یا گرهکهایی روی ریشه گیاه میزبان سازگار با آن را باعث میشود. باکتریها در داخل سلولهای مرکزی گره به باکتروئید تبدیل شده سپس میتوانند به کمک آنزیم نیتروژناز N2 اتمسفری را احیا کنند تا آمونیوم لازم را در اختیار میزبان خود قرار دهند.
تثبیت بیولوژیکی نیتروژن - - BNF در لگومها نتیجهی یک فرآیند پیچیده بیولوژیکی است . فرایند BNF توسط یک آنزیم حساس به اکسیژن ، نیتروژناز، کاتالیز میشود که حاوی مکانهای فعالی است که بیشتر این سایتها توسط مولیبدن و آهن پر شدهاند اما زمانی که مولیبدن دردسترس نباشد این سایتها توسط وانادیوم و آهن یا فقط توسط آهن اشغال میشود
مشکلات مربوط به حاصلخیزی کم خاک و قابلیت دسترسی محدود عناصر کم مصرف و پر مصرف، از مهمترین محدودیتهای کاهش فعالیت تثبیت بیولوژیکی نیتروژن است 11 .[7] عنصر مورد نیاز - B, Ca, Co, Cu , Fe, K, Mo , Ni, P, Se, Zn - برای توسعه همزیستی برای برخی لگومها وجود دارد
کمبود مولیبدن ممکن تثبیت نیتروژن را محدود کند. کمبود مولیبدن در خاکهای اسیدی بیشتر است چون اساسا مکانهای تبادلی توسط یونهای آلومینیوم و منگنز اشغال شده و این یونها تثبیت نیتروژن را از طریق آسیب زدن به گیاه میزبان یا تداخل در گرهزای یا فرایندهای تثبیت نیتروژن، کاهش میدهند .[5] گزارشاتی وجود دارد که کاربرد محلول پاشی برگی مولیبدن برای گیاهان لگوم تحت شرایط مزرعه ای، سطوح تثبیت نیتروژن و وزن گرهها را افزایش میدهد، که باعث افزایش مقدار نیتروژن و عملکرد دانه شده است
گیلر و برودریک - 2006 - گزارش کردند که حضور مولیبدن در لگومها، غلظت مولیبدن در گرهها افزایش و تثبیت نیتروژن بهبود و همچنین دانهها و بافتها توسعه یافته است. همچنین کوددهی مولیبدن به سویا و لوبیا، تثبیت همزیستی نیتروژن را از طریق افزایش سرعت فعالیت نیتروژناز و شکل گیری گرههای بزرگتر افزایش داد .[5] کبالت یکی از مهمترین فاکتور همزیستی لگوم ریزوبیوم است.
کبالت اتم مرکزی در ساختار حلقه پورفیرین کوآنزیم کوبالامین - ویتامین - B12 قرار گرفته است، که برای گرهزایی و نمو باکتروئید ضروری است تا بتوانند نیتروژن هوا را تثبیت کنند [14]، که خود برای تشکیل هموگلوبین لازم و برای تثبیت نیتروژن ضروری است. کمبود کبالت ممکن توسعه باکتری ریزوبیا در ریزوسفر، و گسترش گرهزایی را محدود کند و به عملکرد گره آسیب برساند.
کلریدکبالت در غلظت ppm 100، تعداد گره و وزن گره در گیاه لوبیا به ترتیب 63/4 و 81/3 افزایش پیدا کرده است .[4] وانادیوم یک عنصر کمیاب ضروری برای برخی گیاهان و میکروارگانیسم است . - 10 - حضور وانادیوم در فرایندهای بیولوژیکی اولین بار در سال 1911 توسط هنز شناخته شده است .[13] این عنصر تاثیر مثبتی بر روی گیاهان به خصوص لگومها دارد زیرا این عنصر در تثبیت نیتروژن توسط گرهها نقش بسزایی دارد، به عبارتی تاثیر وانادیوم همچون تاثیر مولیبدن در گیاه است
وانادیوم در محلول غذایی مورد نیاز گیاهان بین 10 تا 20 میلیگرم بر کیلوگرم، مضر است اما بیشتر از این میزان برای گیاهان لگوم قابل تحمل است. زمانی که نیتروژناز حاوی وانادیوم از دو گونه جهش یافته ازتوباکتر جدا شد، قادر به سنتز نیتروژناز مولیبدن نبود بنابراین بدون هیچ ابهامی وانادیوم نقشی در تثبیت بیولوژیکی نیتروژن دارد. اگرچه که تمام موجودات تثبیت کننده نیتروژن دارای مولیبدن نیتروژناز هستند اما مطالعات فیزیولوژیکی و ژنتیکی نشان میدهد که درصورتی که عناصر غذایی مورد نیاز ازتوباکتر بدون مولیبدن باشند، وانادیوم نیتروژناز بطور گسترده فعالیت میکند
مواد و روشها
به منظور تاثیر اثرات متقابل عناصر غذایی کممصرف کبالت - کلرید کبالت - ، مولیبدن - سدیم مولیبدات - ، وانادیوم - سدیم وانادیوم - ، و همچنین بررسی تاثیر روشهای مختلف کاربرد - محلول پاشی برگی، بذر مالی و کاربرد خاکی - این عناصر بر عملکرد، تثبیت بیولوژیکی نیتروژن و گرهزایی گیاه سویا، آزمایشی به صورت طرح کاملا تصادفی در قالب فاکتوریل با سه نوع کاربرد عناصر - محلول پاشی، بذر مالی و کاربرد خاکی - و 8 ترکیب عنصری - شاهد، وانادیوم، وانادیوم + مولیبدن، وانادیوم + کبالت، مولیبدن، مولیبدن + کبالت، کبالت، کبالت + وانادیوم و مولیبدن + کبالت + وانادیوم - در سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد .
الف - آماده سازی خاک:
به منظور تعیین خصوصیات خاک گلدان، از عمق 30 -0 سانتی متری نمونه برداری انجام گرفت. سپس خاکها هوا خشک شده و از الک 2 میلیمتری عبور داده شد. برای اصمینان از اینکه این خاک میتواند بذرهای سویا را
گرهدار کند قبل از کشت بذرها، خاک به طور کامل با باکتری برادی ریزوبیوم از قبل بازکشت شده، مخلوط شد.
جدول .1 برخی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک مورد مطالعه، قبل از کشت گیاه
