عنوان پایان‌نامه
مکانیزم اصلاح کنندگی روش های زیست فناوری(کشت قارچPhysisporinus Vitreus وباکتری Bacillus Subtilis) بر نفوذ پذیری و تیمار پذیری کاج تدا (Pinus teda)
- رشته تحصیلی
- مهندسی منابع طبیعی - بیولوژی و آناتومی چوب
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7267;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79604;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7267;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79604
- تاریخ دفاع
- ۲۰ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- اسماعیل زاهدی تجریشی
- استاد راهنما
- اصغر طارمیان, رضا اولادی
- چکیده
- در این تحقیق، اثرات روش های زیست فن آوری با استفاده از قارچ پوسیدگی سفید Physisporinus vitreus و باکتری Bacillus subtilis بر نفوذپذیری و تیمارپذیری درون چوب کاج تدا ) Pinus taeda ( و نیز الگوی تخریب ساختمان تخلخلی آن و نفوذ مواد حفاظتی در سلول های چوبی در مقیاس میکروسکوپی مورد مطالعه قرار گرفت. درون چوب کاج تدا از خانواده Pinaceae به علّت وقوع پدیده مکش منفذی ) Pit aspiration ( از گونه های سخت اشباع در صنعت حفاظت چوب محسوب می شود. برای انتخاب سویه برتر باکتری، در ابتدا چند سویه شناخته شده باکتری B. subtilis موجود در کلکسیون گروه گیاهپزشکی دانشگاه تهران در دو محیط کشت آبی و عصاره مغذّی براث تهیه و پس از آزمون های مقدّماتی، اندازه گیری نفوذپذیری و مطالعات میکروسکوپی، باکتری سویه چهار )کد 22 ( و محیط کشت آبی برای آزمون های نهایی استفاده شد. عملیات کشت نمونه ها با ابعاد mm3 93×93× 1 (L×T×R) در مجاورت باکتری در محیط کشت LB: Luria-Bertani برای مدّت شش هفته انجام شد. پس از خالص سازی قارچ و تهیه محیط کشت مالت اکستراکت آگار، عملیات کشت نمونه ها در مجاورت قارچ برای مدّت شش و نه هفته طبق استاندارد EN 113 انجام شد. پس از کشت نمونه ها در مجاورت قارچ و باکتری، میزان کاهش جرم و مقاومت فشار موازی الیاف آنها اندازه گیری شده و الگوی میکروسکوپی تخریب ساختمان تخلخلی چوب با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی مطالعه شد. همچنین، از طیف سنجی مادون قرمز ( ATR-FTIR ( برای بررسی تخریب شیمیایی نمونه ها استفاده شد. نتایج طیف سنجی مادون قرمز ) ATR-FTIR ( نشان داد که در اثر کشت کوتاه مدّت )شش هفته( چوب با قارچ P. vitreus شدّت پیک در اعداد موجی مربوط به سلولز و همی سلولزها )برای مثال شدّت پیک در عدد موجی cm-1 391 ناشی از ارتعاش کششی گروه های کربونیل( تغییر چندانی نکرد ولی با افزایش مدّت زمان کشت از شش به نه هفته از شدّت این پیک ها کاسته شد. این مسأله حاکی از آن است که در مراحل ابتدایی رشد این قارچ در چوب، به علّت تخریب انتخابی پکتین، هولوسلولز چوب چندان تحت تأثیر قرار نمی گیرد. همچنین، نتایج طیف سنجی مادون قرمز از نمونه کشت شده با باکتری B. subtilis بیانگر مصرف سلولز و همی سلولزهای چوب توسط باکتری طی کشت شش هفته ای است. عملیات اشباع با ماده حفاظتی ACC با فرایند اشباع خلاء-فشار به منظور بررسی الگوی نفوذ میکروسکوپی و ماکروسکوپی و تیمارپذیری سلول های چوبی انجام شد. پس از اشباع، میزان جذب، ماندگاری و آبشویی ماده حفاظتی اندازه گیری شد. همچنین، از محلول اشباع آب و ذرّات فلوئورسنس برای بررسی میکروسکوپی الگوی نفوذ محلول اشباع با استفاده از میکروسکوپ فلوئورسنس با طیف نوری آبی رنگ استفاده شد. نفوذپذیری گازی در دو جهت طولی و عرضی به روش حجم آب جا به جا شده از آب در حال سقوط اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که هر دو عامل زیست فن آوری )قارچ P. vitreus و باکتری B. subtilis ( به واسطه تخریب توروس منافذ هاله دار تراکئیدها و منافذ نیمه هاله ای میدان تلاقی تراکئیدها و پرّه های چوبی موجب بهبود نفوذپذیری و تیمارپذیری چوب می شوند. اثر اصلاح کنندگی باکتری در مقایسه با قارچ انتخابی تر بوده و استحکام مکانیکی چوب کمتر تحت تأثیر قرار گرفت. برخلاف اثرات باکتری، قارچ P. vitreus موجب تخریب سایر قسمت های بافت چوبی مانند هاله منافذ، دیوار سلولی تراکئیدها، پرّه های چوبی و سلول های اپی تلیال کانال های رزینی شد. نتایج مطالعات میکروسکوپی الگوی نفوذ محلول اشباع حاکی از آن بود که تیمارپذیری سلول های چوبی در اثر کشت باکتری همگن تر از نمونه های کشت شده با قارچ بود و با افزایش مدّت زمان مجاورت قارچ از شش به نه هفته ضمن تخریب بیشتر و غیرقابل کنترل بافت تخلخلی چوب، به دلیل تجمع میسیلیوم های قارچ در حفره های سلول تراکئیدها از میزان تیمارپذیری چوب کاسته شده و بر ناهمگنی اشباع افزوده می شود. همچنین، در هر دو روش زیست فن آوری، به واسطه تخریب بیشتر چوب آغاز، اشباع پذیری چوب، اغلب در ناحیه چوب آغاز نمونه های کشت شده بهبود یافت. در مجموع نتایج نشان داد که استفاده از باکتری B. subtilis در مقایسه با قارچ P. vitreus برای بهبود تیمارپذیری چوب کاج تدا با اثرات مطلوب تری همراه است.
- Abstract
- In this study, the effects of biotechnology methods (using of white rot fungus Physisporinus vitreus and bacteria Bacillus subtilis) on permeability and treatability of Loblolly pine (Pinus taeda) heartwood were studied and the pattern of xylem deterioration and penetration of preservatives into the wood cells were monitored on microscopic scale. Pinus taeda belongs to the family of Pinaceae and its heartwood is hard to impregnate due to the occurrence of pit aspiration. To select the superior strains of bacteria, four commonly-used strains of B. subtilis were obtained from the collection department of plant protection of Tehran university; then they were prepared in two mediums i.e. aqueous and nutrient broth extract and after primary tests (permeability measurements and microscopic studies), the best strain of bacteria (code 22) was chosen for further studies. The samples with dimensions of 30×30×15 mm3 (L×T×R) were cultured in the presence of bacteria in the medium LB (Luria-Bertani) for six weeks. After purification of P. vitreus and production of malt extract agar medium, cultivation of samples in the vicinity of fungus was done for six and nine weeks, according to standard EN 113. After culturing the samples in the vicinity of fungus and bacteria, the mass loss and parallel-to-grains-strength were measured and pattern of microscopic deterioration of wood was studied by using light and electron microscopy. Moreover, infrared spectroscopy (ATR-FTIR) was used to evaluate chemical degradation. The results of infrared spectroscopy (ATR-FTIR) showed that the short-term (six weeks) incubation of wood with P. vitreus fungus didn’t change the intensity of peaks in the fingerprint of cellulose and hemicellulose. For example, the peak intensity at the wavenumber 1738 cm-1 (stretching vibration of carbonyl groups) did not change but with increasing the duration of incubation from six to nine weeks, the intensity of aforementioned peaks was reduced. This suggests that in the early stages of fungus establishment in the wood, holocellulose of wood is not affected presumably due to the selective destruction of pectin. The results of infrared spectroscopy of samples cultured with the bacteria B. subtilis represents the consumption of cellulose and hemicellulose of wood by bacteria during the culture period of six weeks. Samples were impregnated with ACC preservative following vacuum-pressure method in order to investigate the pattern of microscopic and macroscopic penetration and treatability of xylem cells. After impregnation, absorption rate, retention and leaching of preservative was measured. In addition, the fluorescent microscopy with blue excitation light was used to trace the penetration pattern of fluorescent solution into the wood. Gas permeability was measured in both longitudinal and transverse directions following “the volume of displaced water from the falling water” method. The results showed that both biotechnology factors (P. viterus fungus and B. subtilis bacteria) improved the permeability and treatability of wood due to deterioration of torus in bordered pits of tracheids and semi bordered pits in the cross fields (joining parts of longitudinal tracheids and ray parenchyma). The modification effect of bacteria was more selective in comparison with the fungus and mechanical strength of wood was less decreased. Unlike bacteria which its activity was confined to torus, P. vitreus fungus deteriorated other parts of the xylem such as pit’s border, tracheid’s walls, wood rays and epithelial cells of resin channels, as well. Tracing penetration pattern of impregnated solution into xylem showed that treatability of wood cells after bacterial culture was more homogeneous than samples cultivated with fungus. With increasing the fungus incubation time from six to nine weeks, cell wall deterioration accelerated and accumulation of fungus mycelia in tracheid’s lumens led to a reduced treatability and inhomogeneous impregnation of wood. Also, in both biotechnology methods, treatability of wood was improved often in the earlywood of cultivated samples, due to less deterioration of this part. In bride, the results showed that using B. subtilis is more favorable than P. vitreus fungus in the terms of improving treatability of Pinus taeda wood. Key words: Bioincising, P. vitreus fungus, B. subtilis bacteria, Deterioration pattern, Permeability, Treatability, Impregnability.
