باکتری‌های ریزوسفری، محرک رشد گیاه

باکتری‌های ریزوسفری، محرک رشد گیاه

اسلاید 1: باکتریهای ریزوسفری محرک رشد گیاه PGPR است.

اسلاید 2:

اسلاید 3:

اسلاید 4:

اسلاید 5:

اسلاید 6: ازتوباکتر((Azotobacter یک باکتری آزادزی تثبیت کننده ازت است. گونه های اولیه آن بنام A. Chroococcum در سال 1901 در هلند جداسازی شدند و امروز دارای گونه های محتلفی می باشند. ازتوباکتر در خاک، ریزوسفر و حتی بافتهای گیاه ذرت(Halberg 1995) هم مشاهده شده است.

اسلاید 7: کیستفرم رویشی

اسلاید 8: وضعیت درایران

اسلاید 9: aabababababbbcاثر كاربرد ازتوباكتر بر عملكرد گندم ديم در مراغه

اسلاید 10: مکانیسم های P.G.P.R ها برای بهبود رشد و عملکرد گیاه :این باکتریها با استفاده از 4 مکانیسم زیر به طور مستقیم یا غیر مستقیم باعث بهبود رشد و عملکرد گیاه می شوند :=Biofertitizers کودهای زیستی (بیولوژیک)=(Phytohomons) Biostimulants تحریک های زیستی=Bioprotectansمراقبتهای زیستی=Bioremediation زیست پالایی

اسلاید 11: 1- بهبود جذب عناصر غذایی (Biofrttilizers)تثبیت و افزایش قابلیت جذب عناصر غذایی (ازوسپرلوم) ، تولید سیدروفور و افزایش قابلیت استفاده آهن (پسودوموناس) ، اکسیداسیون گوگرد ، کاهش pH و افزایش قابلیت جذب عناصر غذایی (تیوباسیلوها) ، حل کردن ترکیبات نامحلول فسفاته از طریق ترشح اسیدهای آلی و فسفاتازها (باسیلوسها و پسودوموناسها) از جمله مثالهای کاربردی این مکانیسم می باشند . در بسیاری از موارد PGPR می تواند تلفیقی از اثرات فوق را مانند تثبیت ازت و حل کنندگی فسفات به طور همزمان داشته باشد .

اسلاید 12: 2- توسعه سیستم ریشه ای گیاهباکتریهای PGPR با تولید هورمونهای گیاهی مانند اکسین ، سیتوکینین ، جبیبرلیک اسید (توسعه بافت های گیاهی در درختان چوبی مثل کاج) و تولید ACC دآمیناز باعث افزایش سطوح ریشه ای از طریق افزایش وزن توده ریشه ها ، افزایش شاخه زایی ، تولید ریشه های نازکتر و افزایش تولید تارهای کشنده می شوند. تحقیقات نشان داده که باکتریهای خاکزی مانند پسودوموناس،آزسپریلیوم و فلاوباکتریوم با استفاده از ترشحات ریشه ای و اسید آمینه تریپتوفان، انواع اکسین ها مانندIAA ، ILA، ICA را تولید می کنند که همگی اثرات خود را از راه تبدیل به ایندول استیک اسید به ظهور می رسانند.در تحقیقی که در سال1989در کانادا صورت گرفت گیاه گندم کشت شده در گلخانه، با چندین گونه باکتری جدا شده از خاک وریزوسفر تلقیح گردیدو اثرات مثبتی را در رشد و عملکرد گیاه پدید آورد. همچنین نوئل و همکاران در سال1995 تولیدIAA و سیتوکینین توسط ریزوبیوم لگومینوزاروم و اثر مستقیم آن در تحریک رشد منداب روغنی و کاهو را گزارش دادند.

اسلاید 13: افزایش رشد گیاهان لگوم با استفاده از هورمون رشد که در شکل سمت راست از PGPR استفاده شده و در شکل سمت چپ از PGPR استفاده نشده است

اسلاید 14: 3- کاهش تنش های محیطی 3-1 کاهش تنش شوری و خشکیتلقیح گیاهچه های گندم با 5 سویه از باکتریهای مولد اگزوپلی ساکارید در یک خاک نسبتا شور در شرایط گلخانه ای باعث افزایش عملکرد ماده خشک ریشه (527-149 درصد) و ساقه (281-85 درصد) شد. وزن خاک ریزوسفری نیز در مقایسه با شاهد بدون تلقیح از 176 تا 790 درصد افزایش یافت.

اسلاید 15: 3-2 کاهش بیماریهای گیاهیامروزه استفاده از باکتریهای PGPRs به عنوان محصولات بیوتکنولوژی برای کنترل بیولوژیکی بیماریهای گیاهی (Biopesticides) در حال توسعه است.برخی از انواع PGPR بطور ضمنی و یا تنها مکانیسم های غیر مستقیم بر رشد گیاه اثر می گذارند. که بصورت کنترل بیولوژیک و بازدارندگی از رشد باکتریها قارچها و نماتودهای پاتوژن است. مکانیزم های کنترل شامل موارد زیر هستند :

اسلاید 16: مکانیسم های کنترل: رقابت برای کلنی زاسیون و اشغال فضاهای مناسب در روی سیستم ریشه ای گیاه و رقابت برای استفاده از عناصر غذایی(BCA)روابط آنتی بیوز و تولید انواع مواد آنتی بیوتیکترشح هیدروژن سیانید(HCN) و دیکر ترکیبات فرار از این نوعتولید سیدروفورترشح آنزیمهای لیز کننده مثل کیتینازها و گلوکانازهاکنترل بیولوژیک آفات و بیماریهاافزایش مقاومت سیستمیک گیاه(Induced Systemic Resistance) می باشد

اسلاید 17: عوامل کنترل بیولوژیکی (BCA) عوامل کنترل بیولوژیکی Biological control agents(BCA) می توانند برای کلنی زاسیون و اشغال فضاهای مناسب بر روی سیستم ریشه ای و همچنین برای جذب عناصر غذایی با پاتوژنهای گیاهی رقابت کنند.در بعضی موارد کنترل بوسیله سنتز ترکیبات ضد میکروبی مثل باکتریوسین و ترکیبات آنتی بیوتیکی دیگر نسبت داده شده است.همچنین در موارد دیگر BCA میتواند در درون پاتوژن فضاهایی را اشغال کنند و کلنی زاسیون انجام دهند که به آن hyper parasitism گویند. بیشتر BCA هایی که از گیاهان بطور مؤثر در برابر آلودگی های پاتوژنی باکتریها و قارچها محافظت می کنند سویه های غیر پاتوژن از جنس های پسودوموناس، استرپتومایسس، بارخولدریا، اروینیا، اگروباکتریوم و باسیلوس هاهستند

اسلاید 18: نصویر میکروسکوپ الکترونی از کلونیزه شدن ریشه گندم توسط پسودوموناس فلورسنت

اسلاید 19: روابط آنتی بیوز و تولید انواع مواد آنتی بیوتیکبرای محدود کردن رشد قارچهای بیماریزا روشهای آزمایشگاهی وجود دارد که در این روشها در ظروف پلیت که حاوی محیط کشت باکتری یا قارچ می باشد، قارچ و باکتری کشت شده و در دمای مناسب رشد قرار می گیرندو پس از مدتی چنانچه باکتری توانایی کنترل قارچ را داشته باشد یک هاله بازدارندگی در اطراف کلونی باکتری پدید می آید که در این هاله بدلیل ترشح مواد ضد قارچی ، این قارچها قادر به رشد نیستند، هرقدر قطر این هاله بیشتر باشد باکتری توانایی بیشتری درمحدود کردن رشد قارچ دارد . باکتریهایی که در این مرحله انتخاب می گردند در آزمایشات مزرعه ای نیز برای حصول اطمینان مورد بررسی قرار می گیرند.

اسلاید 20: نمونه ای از آزمایش درون شیشه ای برای جلوگیری از رشد قارچها که در این آزمایش از ایزوله های مختلف باکتریهابرای جلوگیری ازرشد spp Rhizoctonia (پاتوژن گیاهان موجود در خاک)استفاده شده است.هاله بازدارندگی در اطراف ایزوله 31-4در قسمت بالای پلیت قابل مشاهده است.

اسلاید 21: سیدروفورهاسیدروفرها که از PGPR هایی مانند پسودوموناس ترشح می شوندمواد آلی پیچیده ای هستند که آهن خاک را بصورت کلات درآورده و آنرا از دسترس قارچهای بیماریزایی چون پیتیوم و فوزاریوم خارج ساخته و به این ترتیب بیماریهای گیاهان را کنترل می کنند. در شکل مقابل توقف رشد پیتیوم بعلت جذب آهن توسط پسودوموناس از محیط کشت نشان داده شده است.

اسلاید 22: کاهش تغذیه سوسک ساقه خواردر تیمارخیار با PGPR در سمت چپ در مقایسه با خیار بدون تیمار در شکل سمت راست نشان داده می شود.

اسلاید 23: افزایش مقاومت سیستمیک گیاه (ISR)کلوپر و همکارانش شواهد موثری از باکتریهای محرک رشد گیاهان که میتواند گیاه خیار را بر علیه بیماریهای قارچی،باکتریای،ویروسی حفاظت کند ارائه داده اند. بعد از آن وی و همکاران پایداری سیستمیک خیار در مقابل کلتوتریکوم آربیکولار بوسیله 6 نژاد PGPR را شرح دادند که پایداری سیستمیک به خاطر کنترل چندین برابر پاتوژنها بوده است.در آزمایشاتی که الیس هوفلاند و همکارانش روی ISR تربچه،گل میخک و Arabidopsis انجام دادند نشان دادند که در هر سه گونه ISR بوسیله لیپوپلی ساکاریدهای باکتریایی ایجاد شده واین اثرات حفاظتی بواسطه متابولیسم های باکتریایی بوده است.

اسلاید 24: افزایش رشد ریشه سیب زمینی در تیمار آن با با ایزوله های مختلف bacillus subtilis در مقایسه با رشد ریشه بدون تیمار

اسلاید 25: 4- زیست پالایی محیط رشداخیرا استفاده از باکتریهای PGPRs برای احیاء جنگلها و اصلاح اراضی آلوده نیز توسعه پیدا کرده است . برخی از این باکتریها به خصوص سیانوباکتریها توانایی زیادی در جذب عناصر سنگین ، افزایش پایداری خاکدانه ها ، احیاء اراضی و جنگلهای تخریب یافته و افزایش حاصلخیزی دارند . تلقیح خاک در شرایط گلخانه با سیانوباکتریها پایداری خاکدانه ها را 18 ، کربن آلی را 63-50 و ازت را 120-111 درصد، میزان پلی ساکاریدها را 49/3-96/2 برابر ، تعداد باکتریها را 500، قارچها را 16 و اکتینومیست ها را 48 برابر در 300 روز بعد از تلقیح افزایش داد. میزان سبزشدگی بذور کاهو نیز 56-52 درصد افزایش یافت .

اسلاید 26: 2.جداسازی PGPR از ریزوسفر گیاه:در این روش، جداسازی با اطمینان بیشتری صورت می گیرد زیرا این باکتری نسبت به ترشحات ریشه ای حساس بوده و جذب آن می شوند و بدلیل افزایش رشد و تکثیر در منطقه ریزوسفر از جمعیت بیشتری برخوردارند. برای جداسازی PGPR از ریزوسفر گیاهان بذر گیاه مورد نظر مانند گندم استریل سطحی می گردند تا میکرو ارگانیسم های سطح آن برطرف شوند سپس روی کاغذ استریل مرطوب ریشه چه تولید می کنند. آنگاه در شرایط استریل ریشه های فرعی قطع شده و ریشه های اصلی همراه بذر روی پلیت حاوی آگاروز نیم درصد و PH حدود7 خوابانیده میشود. در دو طرف ریشه به فاصله حدود 2-1 سانتی مترمقداری از خاک موردنظر ریخته شده و پلیت در حرارت 28 درجه سانیگرادقرار می گیرد. پس از چند روز باکتریهایی که جذب ترشحات ریشه ای شده اند به سطح ریشه نزدیک شده به آن می رسند. این ریشه بریده و له شده و سوسپانسیون آن روی محیط کشت مناسب مانند king’s medium B پخش می شود، پس از چند روز کلونیPGPR قابل مشاهده است.

اسلاید 27: محدودیتهای استفاده از : PGPRبرای استفاده گسترده از PGPR محدودیتهایی وجود دارد از جمله اینکه خاصیت و اثر بیشتر PGPR ها قابل اطمینان و موثق نیستند و این به دلیل عدم شناخت کافی مکانیسم های عمل PGPR برای تحریک رشد است و نیاز به جستجوی بیشتر و اندازه گیری منظم تغییرات آنها در انواع خاکها، اعمال مدیریتهای مختلف (استفاده از اراضی و تناوب) و آب و هوای گوناگون دارد که هریک از اینها میتوانند روی خاصیت PGPR اثر بگذارند.

اسلاید 28: محدودیت دیگر در توسعه و پیشرفت PGPR فقدان زمینه های آزمایشی مناسب است زیرا انجام آزمایشات مختلف دشوار ،پر زحمت و پر هزینه است و پیشرفت در این راستا خیلی کند است چنانکه اغلب در شرایط طبیعی در یک سال فقط روی یک گیاه مطالعه انجام می شود و به همین خاطر محققان به مطالعات آزمایشگاهی و گلخانه ای متوسل شده اند. برای انتخاب موثرترین و کارآمدترین PGPR آزمایشات مزرعه ای و صحرایی باید بطور مکرر انجام شود تا اثر استفاده مختلف در انواع گیاهان ، انواع خاکها و شرایط آب و هوایی مختلف به اثبات برسد.

اسلاید 29: از جمله دلایلی که باعث عدم استفاده گسترده از PGPR شده رفتار متفاوت آنها در مزارع در مقایسه با گلخانه ها و خزانه ها است . در حال حاضر قسمت های زیادی از بخش جداسازی گلخانه ها و آزمایشگاهها در دنیا برای بدست آوردن انواعی از PGPR با بهترین کارایی برای ریشه فعالیت می کنند. از آنجا که در خاکهای مزارع شرایط محیطی و رقابت و جایگزینی بوسیله هزاران ارگانیسم دیگرموجود در ریزوسفر کلنی زاسیون را محدود می کند اصلاح و بهبود مواد حامل به همان اندازه انتخاب PGPR برای رشد بهتر محصولات در انواع خاکها اهمیت دارد. توسعه و پیشرفت مایه تلقیح PGPR دقیق و آزمایشگاهی نیست و همین امر باعث فقدان مایه تلقیح های معتبر در فروشگاهها شده است.

اسلاید 30: به طور کلی نحوه عمل PGPRs را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :افزایش نیتروژن قابل استفاده گیاه از طریق تثبیت غیر همزیستیافزایش قابلیت جذب عناصر غذاییتوسعه سیستم ریشه ای گیاهبهبود روابط همزیستی گیاه با قارچها و سایر باکتریهاکنترل عوامل پاتوژن گیاهیپاکسازی محیط رشد، بهبود ساختمان و افزایش حاصلخیزی خاکافزایش تحمل گیاه به تنش های غیر زنده (شوری ، خشکی و ...)

اسلاید 31: Rhizosphere به لایه نازکی از خاک اطراف ریشه اتلاق میشود که جامعه موجودات زنده آن ناحیه از نظر کمی و کیفی تحت تاثیر فعالییت های حیاتی ریشه میباشند. Rhizoplane به سطح ریشه گیاه اتلاق میشود. Histosphere منظور ناحیه داخلی ریشه یا همان منطقه سلولهای کورتکس(cortical cells) یا(Rhizodermal) می باشد که به Cortospere نیز معروف میباشد.

اسلاید 32: )Rhizobacteriaباکتری های ریزوسفری( به انواعی از باکتری های رقابت گر مستقر در ریزوسفر اتلاق میشود که قادرند به شدت ریشه های گیاه را کلونیزه کنند.این باکتری ها میتوانند در همه مراحل رشد گیاه و در حضور سایر میکروفلور رقیب، همه آشیان های اکولوژیک موجود بر روی ریشه راکلونیزه کرده وبرروی آنها تکثیر یابند.در تعریف قدیمی تربرای تفکیک این باکتری ها از ریزوبیوم ها(Rhizobia) و فرانکیا(Frankia)، فقط به انواع آزادزی(Free-living) که ریشه را کلونیزه میکردند باکتری های ریزوسفری اتلاق می شد؛امادر تعریف فعلی به هر نوع باکتری که ریشه راکلونیزه کند باکتری ریزوسفری اتلاق میشود.لذا با این تعریف ریزوبیوم ها نیز از جمله باکتری های ریزوسفری محسوب میشوند.

اسلاید 33: این باکتری ها بر اساس تاثیرشان بر گیاه، به سه گروه : باکتری های ریزوسفری مفید( Beneficial) باکتری های ریزوسفری مضر( Deleterious) باکتری های ریزوسفری خنثی( Neutral) تقسیم بندی می شوند.

اسلاید 34: حدود دو تا پنج درصد از باکتری های ریزوسفری وقتی مجددا از طریق تلقیح گیاه به یک خاک حاوی میکروفلور رقابت گروارد می شوند؛قادرند تاثیرات مثبتی بر رشد گیاه بگذارند. به این باکتری های ریزوسفری مفید که قادر به افزایش رشد گیاه باشند باکتری های ریزوسفری محرک رشد گیاه (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) اتلاق می شود.