عنوان پایان‌نامه
بررسی نقش باکتری های بومی مولد آنزیم ACC- د آمیناز و هورمون IAA بر شاخص های رشد گندم در تنش های کم آبی و شور و شور- سدیمی بودن خاک ها
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76469;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76469
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- رضا سلیمانی
- استاد راهنما
- حسن توفیقی, حسینعلی علیخانی
- چکیده
- امروزه لزوم پرداختن به مدیریت تولید گیاهان زراعی در شرایط سخت محیطی به منظور دستیابی به حداکثر پتانسیل رشد و عملکرد گیاهان برای تأمین غذا، ضرورتی انکار ناپذیر می باشد. برخی از عوامل غیر زیستی از جمله کم آبی، شوری و شور- سدیمی بودن خاک بر رشد و عملکرد گیاهان زراعی اثر می گذارند. در بخش های عمده ای از مناطق جنوب غربی ایران (خوزستان و جنوب ایلام)، کم آبی، شوری و شور سدیمی بودن خاک ها باعث کاهش شاخص های رشد و عملکرد گیاهان زراعی و به ویژه گندم بعنوان یک محصول راهبردی محسوب می گردند. با توجه به موارد ذکر شده، اهداف اصلی این پژوهش عبات بودند از جمع آوری جدایه های باکتری مولد آنزیم ACC - دآمیناز و هورمون IAA با توانایی تحمل به تنش های کم آبی، شوری و شور- سدیمی بودن از خاک های شور، شور- سدیمی، 2- ارزیابی اثر تنش های مختلف کم آبی، شوری و شور- سدیمی بر توان تولید آنزیم ACC- دآمیناز و هورمون IAA در جدایه ها، 3- انتخاب جدایه های باکتری برتر مولد ACC -دآمیناز و هورمون IAA با کارایی بالا در شرایط تنش های پیش گفته، 4- بررسی نقش باکتری های برتر در کاهش اثرهای سوء ناشی از تنش کم آبی، شوری و شور- سدیمی بودن محیط کشت گیاه گندم در شرایط بدون خاک، 5- بررسی نقش باکتری های برتر در کاهش اثرهای سوء ناشی از تنش کم آبی، شوری و شور- سدیمی بودن محیط کشت گیاه گندم در خاک، 6 - شناسایی مولکولی باکتری های برتر. به این منظور، اقدام به مکان یابی و نمونه برداری از توده خاک های شور، شور- سدیمی و معمولی و خاک غیر ریزوسفری و ریزوسفری گیاهان گندم شاداب و سالم موجود در مناطق جنوب غربی کشور از استان های خوزستان و ایلام گردید. تعیین ویژگی های فیزیکی، شیمیایی، جداسازی، خالص سازی باکتری ها، ارزیابی کیفی جدایه های باکتری از نظر توان تولید ACC– دآمیناز، اندازه گیری کمی آلفا کتوبوتیرات به عنوان شاخص فعالیت آنزیم ACC –دآمیناز، غربالگری کمی جدایه های باکتری از نظر توان تولید هورمون IAA، آزمون تحمل به تنش کم آبی باکتری های مولد ACC-دآمیناز و IAA با استفاده از PEG6000 ، آزمون تحمل به تنش شوری و شور- سدیمی باکتری های مولد ACC-دآمیناز و IAA، آزمون های گلخانه ای شامل کشت گندم در محیط کشت بدون خاک و در خاک، تعیین ویژگی های گیاه گندم در کشت های گلخانه ای شامل تعیین ویژگی های گیاه گندم در کشت بدون خاک و در خاک و تجزیه های آماری مربوطه انجام شد. در این تحقیق، مشخص شد که حدود 25 درصد از باکتری های جداسازی شده، با درجات مختلفی، مولد آنزیم ACC- دآمیناز بودند. اما مشاهده فراوانی جدایه ها نشان داد که تعداد باکتری های در محدوده بالاترین توانایی، اندک (تنها 2 درصد از کل باکتری ها) بودند. در حالی که بیش از 75 درصد از جدایه ها، مولد آنزیم ACC-دآمیناز نبودند. فراوانی نسبی باکتری های مولد، در خاک های شور و شور- سدیمی نسبت به خاک های معمولی بیشتر بود. در این تحقیق، با استفاده از چندین مرحله آزمون و مقایسه جدایه ها، یک باکتری متعلق به گونه Bacillus simplex جداسازی شده از ریزوسفر گندم در یک خاک شور- سدیمی، ویژگی های یک باکتری برتر را برای شرایط کم آبی و شوری داشت. نتایج نشان داد که این باکتری به ازاء تجزیه ACC، روند رشدی همانند مصرف آمونیم از خود نشان داد. نسبت قطر کلنی باکتری Bacillus simplex با تجزیه ACC نسبت به قطر آن با مصرف آمونیم برابر یک بود و همچنین این باکتری توانست 380 نانو مول در میلی گرم در ساعت آلفا کتو بوتیرات به عنوان معیاری از فعالیت آنزیم ACC-دآمیناز تولید کند. نتایج نشان داد که برای یافتن جدایه های باکتری مولد آنزیم ACC-دآمیناز، بهتر است به خاک های خشک، شور و شور- سدیمی مراجعه نمود. در شرایط تنش های کم آبی، شوری و شور- سدیمی، ترشحات ریشه ای به تبعیت از رشد گیاه، کمتر بوده و منابع آلی کمتری در اختیار باکتری ها قرار می گیرد. از طرفی، جمعیت موجودات خاکزی از جمله باکتری ها، نیز کمتر بوده و بنابراین توانایی استفاده از ACC به عنوان یک مزیت در رابطه بین باکتری و گیاه محسوب می گردد. باکتری Arthrobacter siccitolerans با توجه به دارا بودن قابلیت پایداری تولید هورمون IAA در شرایط تنش کم آبی، شوری و شور- سدیمی بودن محیط کشت و کارایی بالا در مصرف تریپتوفان در شرایط تنش، کاندیدای مناسبی برای انجام آزمون های مزرعه ای به عنوان باکتری محرک رشد گیاه در تنش های موجود در خاک های شور و شور- سدیمی مناطق خشک و نیمه خشک در جنوب غربی کشور محسوب شده و می تواند به توسعه رشد ریشه، جذب بیشتر آب و عناصر غذایی و در نتیجه افزایش عملکرد گیاهان در شرایط سخت محیطی کمک کند. به طوری که UT1 Bacillus simplex (باکتری مولد آنزیم ACC- دآمیناز) در تنش کم آبی، شوری و شور- سدیمی و همچنین باکتری مولد هورمون IAA (به ویژه همراه با باکتری مولد آنزیم ACC- دآمیناز) در تنش های شوری و شور- سدیمی بودن توانستند عملکرد اندام هوایی و شاخص های رشد گندم را تا حدود 20/5درصد افزایش دهند. همچنین با مایه زنی باکتری های مذکور، وزن خشک و حجم ریشه و محتوای نسبی آب (RWC) برگ گیاه گندم افزایش یافت. بنابراین، با توجه به نتایج به دست آمده، دو باکتری منتخب، کاندیداهای مناسبی به عنوان باکتری افزایش دهنده تحمل گیاه در درجات مختلف تنش کم آبی و شوری، شور- سدیمی برای گندم محسوب شده و می توان آن ها را برای افزایش عملکرد سایر محصولات نیز آزمود و توسعه رشد ریشه، جذب بیشتر آب و عناصر غذایی و در نتیجه افزایش عملکرد گیاهان در شرایط رطوبتی مختلف را بررسی نمود.
- Abstract
- That is required to gain maximum plant growth and yield by management of agronomy in harsh environment. Several abiotic factors such as drought, soil salinity and salinity-sodicity affected on plants. In the main parts of south-western Iran (Khouzestan and Ilam), drought, salinity and salinity-sodicity cause to decrease in growth and yield of wheat. The goals of this research were isolation, purification, test of efficiency under drought, salinity and salinity-sodicity stresses, selection of efficient ACC deaminase and IAA producing bacteria, investigation of the role of superior bacteria on decreasing adverce effects of drought, salinity and salinity-sodicity stresses on wheat in soil-less and soil conditions and molecular identification of selected bacteria. For these, sampling was done from bulk and rhizospheric saline and saline-sodic soils. Physical and chemical properties, bacterial isolation, qualititative evaluation of ACC deaminase activity of bacteria, quantitative measurement of alpha-ketobutyrate as index of ACC deaminase activity, quantitative screening of IAA production of bacteria, test of tolerance of drought, salinity and salinity-sodicity stresses and greenhouse experiments and statistical analysis were achieved. Results indicated that 25% isolated bacteria had ability of ACC production. But, frequency of isolations showed that number of bacteria with the highest ability was a little (only 2% of bacteria). More than 75% of isolates had not ability of ACC deaminase production. Relative frequency of producing bacteria in saline and saline-sodic soils was hogher than normal soils. In this research, by using several stages, and comparison among isolates, one (Bacillus simplex) that isolated from rhizospher of wheat was a superior bacteria and selected for next experiments. Results indicated that this bacterium by ACC degradation had the same growth trend as ammonium consumption. The ratio of diameter of colony of B. simplex by ACC degradation compared to its diameter by ammonium application (equal to 1). Also, this bacterium could produce 380 nmole mg-1 protein h-1 of alpha-ketobutyrate as an index for activity of ACC deaminase. Results indicated that for isolation of ACC deaminase producing bacteria, it is better to perform sampling from dry, saline and saline-sodic soils. Under drought, salinity and salinity-sodicity stresses, root excretion and organic resources are low. In other hand, population of soil organisms is low and ability of using ACC is an benefit in plant-bacteria relationship. Two isolated bacteria (Arthrobacter siccitolerans IRAN1 and Bacillus simplex UT1) were able to produce IAA and ACC-D under salinity-sodicity stress. These bacteria significantly increased the aerial dry matter (ADM) by 20.2%, root dry matter (RDM) and relative water content (RWC)of wheat growing under salinity-sodicity stress. ACC deaminase and IAA producing bacteria decreased the ethylene production and increase of the potassium concentration, respectively. Ratio of potassium to sodium in aerial part of wheat was also increased following bacterial inoculation. As a conclusion, selected bacteria alleviate sodium stress by improving RWC and ion homeostasis in wheat. Key words: ACC deaminase producing bacteria, IAA producing bacteria, Drought, salinity and salinity-sodicity stresses, wheat
