بررسی تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از تکنیک ۱۵N
چکیده مقاله
آزوسپریلوم به دلیل توان تثبیت نیتروژن مولکولی در ارتباط همیاری با گیاهان مهم زراعی مانند انواع غلات و همینطور تولید هورمونهای محرک رشد گیاه در سالهای اخیر به عنوان یک کود بیولوژیک مورد توجه قرار گرفته است.به همین دلیل تحقیق در مورد میزان فعالیت سویه های باکتری با ارقام مختلف گندم هدف این بررسی قرار گرفت:
به منظور تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم،دو آزمایش در سه بخش آزمایشگاه، گلخانه و مزرعه طی مدت دو سال پژوهش انجام گردید
الف)جداسازی،تکثیرو تولید مایه تلقیح سویه های آزوسپریلوم در شرایط آزمایشگاه
ب)بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم با ارقام طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم با استفاده از تکنیکN15
ج) بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم و تاثیر کاربرد آنها بر عملکرد و برخی صفات زراعی در سه رقم طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم.
الف)در این تحقیق ۸۰ نمونه خاک ریزوسفری و غیر ریزوسفری ار اراضی تحت کشت گیاهان مختلف زراعی تهیه گردید و برای جداسازی آزوسپریلوم ابتدا رقتهای خاک در محیط نیمه جامد اکن کشت داده شدند و بر روی محیط RC کلونیهای ریز قرمز رنگ به عنوان آزوسپریلوم خالص سازی شده اند و تحت آزمایشهای ترشح هورمون اکسین و توان حل کنندگی فسفر آلی و معدنی قرار گرفتند.
ب) دو فاکتور،آزوسپریلوم در ۵ سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و ۴ سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54 و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کاملا تصادفی در ۴ تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.
به منظور بررسی تثبیت نیتروژن از ایزوتوپ پایدار ۱۵N استفاده شد.
نتایج حاصله نشان داد که بین سویه های مختلف آزوسپریلوم و هم بین ارقام مختلف گندم از نظر تاثیر بر سطح برگ پرچم.وزن خشک اندام هوایی،تعداد سنبله ،طول سنبله و Ndfa اختلاف معنی داری در سطح ۱% وجود دارد.در بین ازقام مختلف گندم ارتفاع گیاه در سطح ۵%معنی دار و تعداد پنجه معنی دار نشده است و همچنین در بین سویه های آزوسپریلومی ارتفاع گیاه معنی دار نگردیده است.
ارقام گندم به دلیل اختلاف فاحش ژنتیکی و نیز سویه های آزوسپریلومی به دلیل تفاوتهای برقراری همیاری با هم اختلافاتی را دارند.
بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی لاین موتانت و Az.21 بوده است.
ج) دو فاکتور،آزوسپریلوم در ۵ سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و ۴ سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54 و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کامل تصادفی در ۴ تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.
بین کاربرد ارقام مختلف گندم و سویه های مختلف آزوسپریلوم در تمامی صفات زراعی بجز تعداد پنجه در سطح ۱% اختلاف معنی داری مشاهده شد.
بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی لاین موتانت و AZ.21 بوده است.
بنابراین با توجه به نتایج بدست آمده از کلیه آزمایشات انجام شده فوق می توان چنین اظهار داشت که کاربرد آزوسپریلوم می تواند بسیار مفید در عملکرد و جذب عناصر غذایی و نیز نقش مهمی در کاهش کودهای شیمیایی داشته باشد.البته باید در گزینش سویه های آزوسپریلوم دقت لازم مبذول شود زیرا بین سوشها اختلاف معنی داری از نظر برقراری همیاری وجود دارد.
مقدمه:
گرچه استفاده از کودهای بیولوژیک در کشاورزی از قدمت بسیار زیادی برخوردار است و در گذشته نه چندان دور تمام مواد غذایی مورد مصرف انسان با استفاده از چنین منابع ارزشمندی تولید می شده است ولی بهره برداری علمی از اینگونه منابع سابقه چندانی ندارد.اگرچه کاربرد کودهای بیولوژیک به علل مختلف در طی چند دهه گذشته کاهش یافته است ولی امروزه با توجه به مشکلاتی که مصرف بی رویه کودهای شیمیایی پدید آورده است،استفاده از آنها در کشاورزی مجددا مطرح شده است.بدون تردید کاربرد کودهای بیولوژیک علاوه بر اثرات مثبتی که بر کلیه خصوصیات خاک دارد،از جنبه اقتصادی،زیست محیطی و اجتماعی نیز مثمرثمر واقع شده و می تواند به عنوان جایگزینی مناسب و مطلوب برای کودهای شیمیایی باشد.در حال حاضر نگرشهای جدیدی که در ارتباط با کشاورزی تحت عنوان کشاورزی پایدار،ارگانیک و بیولوژیک مطرح می باشد به بهره برداری از چنین منابعی استوار است.
مصرف کود شیمیایی ازته برای افزایش تولید محصول تا آینده ای قابل پیش بینی ادامه خواهد داشت،ولی باید در جهت استفاده بیشتر از تثبیت بیولوژیک نیتروژن توسط میکروارگانیزمها نیز توجه بیشتری معطوف شود.
باکتری جنس Azospirillum که یکی از مهمترین باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن می باشد،با گیاهان تک لپه مختلفی از جمله گندم،برنج،ذرت،ارزن،چاودار و گراسهای علفی مانند پنجه مرغی،کالارگراس قادر به ایجاد همیاری است.(۵و۲و۳ارزانش)نتیجه این همیاری علاوه بر تثبیت نیتروژن مولکولی،تولید موادی چون سیدروفور،باکتری کشها و فیتوهورمونها می باشد که ماحصل ترشح تمام موارد ذکر شده افزایش توان جذب عناصر غذایی،توسعه سیستم ریشه ای و در نهایت افزایش عملکرد می باشد.(۱۰و۴و۶) تلقیح گیاهان با آزوسپریلوم علاوه بر ۳۵-۵ درصد افزایش عملکرد باعث کاهش مصرف کود ازته نیز می شود.(۷)تلقیح گیاه با این باکتری باعث افزایش طول ریشه های فرعی و تارهای کشنده،ارتفاع گیاه و همچنین جذب عناصر غذایی می شود.(۸)
از طرفی نیز گندم به عنوان مهمترین گیاه زراعی در کشور ما و در دنیا محسوب می شود.از مجموع ۲۷/۱۰میلیون هکتار اراضی سالانه در سال ۱۳۷۹، حدود ۰۱/۷ میلیون هکتار معادل ۲۷/۶۸ درصد به سطح غلات اختصاص داشته است.محصول گندم با ۷۵/۷۲ درصد رتبه اول را دارا می باشد.
لذا در این تحقیق تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام بومی،اصلاح شده و لاین موتانت با استفاده از تکنیک ایزوتوپ پایدار ۱۵N بررسی شد.
فهرست مطالب
چکیده۱۰
مقدمه ۱۳
فصل اول:کلیات ۱۵
۱-کشاورزی پایدار ۱۶
۱-۱کودهای بیولوژیک۱۸
۱-۲استفاده از میکروارگانیزمها به عنوان کود بیولوژیک۱۹
۱-۳-انواع کودهای بیولوژیک۲۰
۲-اهمیت گندم۲۰
۲-۱-تاریخچه و پیدایش گندم۲۲
۲-۲-وضعیت کشت گندم در جهان۲۲
۲-۳-وضعیت کشت گندم در ایران۲۴
۲-۴-وضعیت کشت گندم در استان تهران۲۵
۲-۵-شرایط آب‌وهوایی گندم۲۶
۲-۶-مرفولوژی گندم۲۷
۲-۶-۱-ریشه۲۷
۲-۶-۲-ساقه۲۸
۲-۶-۳-پنجه۲۹
۲-۶-۴-برگ۳۰
۲-۶-۵-گل‌آذین۳۱
۲-۶-۶-دانه۳۲
۲-۷-عوامل محیطی مؤثر بر رشدونمو گندم۳۳
۲-۷-۱خاک۳۳
۲-۷-۲-رطوبت۳۴
۲-۷-۳-حرارت۳۵
۲-۷-۴-نور۳۶
۲-۷-۴-۱-طول روز۳۶
۲-۷-۴-۲-شدت نور۳۶
۲-۸-عملکرد دانه گندم و عوامل مؤثر بر آن۳۶
فصل دوم:بررسی منابع۴۲
۱-نیتروژن در طبیعت۴۳
۲-شکلهای نیتروژن در خاک۴۴
۲-۱-نیتروژن معدنی خاک۴۵
۲-۲- نیتروژن آلی خاک۴۵
۳-نقش نیتروژن در گیاه۴۵
۴-چرخه نیتروژن۴۶
۴-۱راههایی که نیتروژن در دسترس گیاه قرار می‌گیرد
و یا به خاک اضافه می‌شود ۴۷
۴-۱-۱معدنی شدن نیتروژن خاک۴۷
۴-۱-۲وارد شدن نیتروژن از اتمسفر به خاک۴۸
۴-۱-۳-کاربرد کودهای شیمیایی ازته۴۹
۴-۱-۴-تثبیت نیتروژن به روش بیولوژیک۵۰
۴-۲-راههایی که نیتروژن از دسترس گیاه و یا از خاک خارج می‌شود۵۱
۴-۲-۱-غیر متحرک شدن (متوقف شدن یا آلی شدن ) نیتروژن۵۱
۴-۲-۲-نیترات زدایی۵۲
۴-۲-۳-جذب نیتروژن بوسیله گیاهان۵۴
۴-۲-۴-آبشویی نیتروژن۵۵
۴-۲-۵-تلفات نیتروژن به صورت آمونیاک۵۵
۴-۲-۶-تلفات نیتروژن از طریق فرسایش۵۶
۵-سیستمهای بیولوژیک تثبیت کننده نیتروژن۵۶
۵-۱تثبیت نیتروژن به روش همزیستی۵۷
۵-۱-۱همزیستی باکتریهای ریزوبیوم و گیاهان خانواده لگومینوز۵۷
۵-۱-۲-همزیستی ریزوبیوم با گیاهان غیر لگوم۵۹
۵-۱-۳-همزیستی اکتینوریزی۵۹
۵-۱-۴-همزیستی سیانوباکتریها و گیاهان۶۰
۵-۱-۴-۱-همزیستی سیانوباکتری آنابنا و آزولا۶۱
۵-۱-۴-۲-همزیستی نوسترک و آنابنا باسیکادها۶۲
۵-۱-۴-۳-همزیستی سیانوباکتری نوسترک و گانرا۶۲
۵-۱-۵-همزیستی سیانوباکتریها و دیاتومه‌ها۶۳
۵-۱-۶-همزیستی سیانوباکتریها و بریوفیتها۶۳
۵-۱-۷-همزیستی سیانوباکترها و قارچها (تشکیل گلسنگ)۶۵
۵-۲-تثبیت نیتروژن به روش آزاد۶۵
۵-۲-۱-باکتریهای هتروتروف باکتریهای بیهوازی۶۶
۵-۲-۱-۱-باکتریهای بی هوازی۶۶
۵-۲-۱-۲-باکتریهای بیهوازی اختیاری۶۷
۵-۲-۱-۳-باکتریهای هوازی۶۷
۵-۲-۱-۴-سیانوباکتریها۶۸
۵-۲-۲-فتواتوتروف‌های آزادزی۶۹
۵-۲-۲-۱-باکتریهای فتوسنتز کننده۶۹
۵-۳-تثبیت نیتروژن به روش همیاری۷۱
۵-۳-۱-تعریف همیاری۷۱
۵-۳-۲-دلایل تثبیت نیتروژن به روش همیاری۷۲
۵-۳-۳-همیاریهای فیلوسفری۷۲
۵-۳-۴-همیاریهای ریزوسفری۷۳
۶-بیوشیمی تثبیت نیتروژن مولکولی۷۳
۶-۱ساختار آنزیم نیتروژناز و نحوه تامین انرژی
مورد نیاز برای تثبیت ازت مولکولی۷۴
۶-۲کارایی۷۷
۶-۳-تولید هیدروژن و خروج آن۸۱
۷-همیاری باکتریهای جنس آزوسپیریلوم با گیاهان۸۳
۷-۱اکولوژی آزوسپیریلوم۸۳
۷-۲گیاهان میزبان۸۴
۷-۳-طبقه‌بندی۸۴
۷-۴-مشخصات باکتری۸۵
۷-۵-تثبیت نیتروژن وابسته به هیدروژن۸۸
۷-۶-احیای نیترات (نیترات زدایی)۸۸
۷-۷-عوامل موثر در اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم و تاثیر آن بر رشد گیاه۸۹
۷-۸-تولید ساختمان کیست مانند۹۰
۷-۹-تولید سیدروفور۹۱
۷-۱۰تولید مواد کشنده باکتریها۹۲
۷-۱۱جذب سطحی باکتریها به ذرات خاک۹۲
۷-۱۲-تولید فیتوهورمونها و دیگر مواد تحریک کننده رشد گیاه۹۳
۷-۱۳-تغییر در فیزیولوژی و موروفولوژی ریشه۹۳
۷-۱۴-نقشهای احتمالی موسیژل۹۴
۷-۱۵-مکانیزمهای جذب آزوسپیریلوم بطرف ریشه۹۴
۷-۱۶-شیمیوتاکتیک (کموتاکتیک )۹۵
۷-۱۷مراحل اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم۹۷
۷-۱۷-۱-اتصال باکتریها به پوست ریشه۹۷
۷-۱۷-۲-اشغال بافت ریشه۹۸
۷-۱۸-تاثیر آزوسپیریلوم در عملکرد گیاهان مختلف۹۸
۸-نیتروژن -۱۵۱۰۵
فصل سوم:موادو روشها۱۱۰
۱-مواد مورد آزمایش۱۱۱
۱-۱تهیه ماده تلقیح۱۱۱
۱-۲-بررسی روابط همزیستی سویه‌های مخالف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از ایزوتوپ۱۵N در شرایط گلخانه۱۱۲
۱-۲-۱-زمان و محل اجرای آزمایش۱۱۲
۱-۲-۲-خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد استفاده۱۱۲
۱-۲-۳-دمای گلخانه۱۱۳
۱-۲-۴-مشخصات ارقام گندم مورد استفاده۱۱۴
۱-۲-۴-۱-رقم طبسی۱۱۴
۱-۲-۴-۲-رقم مهدوی۱۱۴
۱-۲-۴-۳-رقم موتانت طبسی۱۱۵
۱-۲-۵-مشخصات طرح آزمایشی۱۱۶
۱-۲-۶-مشخصات فاکتورهای آزمایش۱۱۶
۱-۲-۷-عملیات کاشت و داشت۱۱۶
۱-۲-۸-کاربرد ایزوتوپ پایدار نیتروژن-۱۵۱۱۷
۱-۲-۹-صفات اندازه‌گیری شده۱۲۰
۱-۲-۱۰-محاسبات آماری۱۲۱
۱-۳-ارزیابی کارآیی سویه‌های باکتری آزوسپریلوم با ارقام بومی، اصلاح شده و لاین موتانت گندم و تأثیر کاربرد آنها بر عملکرد و برخی از صفات زراعی گندم در شرایط آب‌وهوایی کرج۱۲۱
۱-۳-۱-خصوصیات اقلیمی منطقه۱۲۱
۱-۳-۲-مشخصات اقلیمی محل اجرای آزمایش در سال زراعی ۸۳-۱۳۸۲۱۲۲
۱-۳-۳-خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش۱۲۳
۱-۳-۴-مشخصات ارقام مورد استفاده ۱۲۳
۱-۳-۵-مشخصات طرح آزمایشی۱۲۳
۱-۳-۶- مشخصات فاکتورهای آزمایش۱۲۳
۱-۳-۶-۱-آزوسپریلوم۱۲۳
۱-۳-۷-عملیات زراعی۱۲۴
۱-۳-۷-۱-عملیات کاشت۱۲۴
۱-۳-۷-۲-علمیات داشت۱۲۵
۱-۳-۷-۳-عملیات برداشت۱۲۵
۱-۳-۷-۴-صفات اندازه‌گیری شده۱۲۶
فصل چهارم:نتایج و بحث۱۳۰
گلخانه۱۳۱
۱-ارتفاع گیاه۱۳۲
۲-طول سنبله۱۳۵
۳-تعداد پنجه گیاه۱۳۸
۴-سطح برگ پرچم۱۴۱
۵-وزن خشک اندام هوایی۱۴۴
۶-تعداد سنبله در گیاه۱۴۷
۷-درصد تثبیت بیولوژیک نیتروژن۱۵۱
مزرعه۱۵۴
۸-ارتفاع گیاه۱۵۵
۹-طول سنبله۱۵۸
۱۰تعداد پنجه در گیاه۱۵۹
۱۱-سطح برگ پرچم۱۶۱
۱۲-تعداد سنبله درواحد سطح۱۶۳
۱۳-تعداد دانه در سنبله۱۶۵
۱۴-عملکرد دانه۱۶۶
۱۵-بیوماس۱۶۸
۱۶-شاخص برداشت۱۷۰
۱۷-وزن هزاردانه۱۷۱
۱۸-جذب نیتروژن۱۷۲
منابع۱۷۳