A. doebereinerae

A. oryzae

A. melinis

۲-۲-۱۹-۳- مشخصات مرفولوژی
باکتری­ های Azospirillum از نظر شکل ظاهری به صورت خمیده تا Sشکل با قطر حدود ۱ میکرومتر می­باشند[۱۳۰]. این باکتری­ ها همانند دیازتروف­های دیگر در سلول­های خود گرانول‌های پلی ­هیدروکسی ­بوتیرات ([۹۴]PHB) دارند که گاهی تا ۵۰ درصد وزن خشک آنها را تشکیل می­ دهند[۱۴۴]. باکتری­ های جنس Azospirillum هوازی و دارای یک تاژک قطبی هستند که با این تاژک حرکت می­ کنند[۱۸۲]. سلول­ها معمولاً گرم منفی اما نوع گرم در برخی گونه­ ها همانند A. brasilense متغییر مشاهده شده است[۱۸۷].
دو گونه A. brasilense و A. lipoferum در ۳۰ تا ۹۰ درصد از نمونه­های خاک نقاط مختلف دنیا جداسازی شده ­اند .اکثر جداسازی­ها مربوط به گراس­ها و گرامینه­هاست .این دو باکتری عمدتاً از ریشه غلات اصلی مثل گندم، ذرت، سورگوم و برنج جداسازی شده ­اند[۸].
گونه A. amazonense از ریشه گیاهان علوفه­ای، ریشه درخت خرما در ناحیه آمازون، ریشه بسیاری از گیاهان علوفه­ای، ذرت، سورگوم، گندم و برنج در آرژانتین و از ریشه ­های نیشکر در برزیل، هاوایی و تایلند نیز جداسازی شده است[۱۳۶]. A. amazonense از دو گونه A. brasilense و A. lipoferum کوچکتر بوده و در محیط­های کشت حاوی نیتروژن، دانه­ های پلی ­بتا ­هیدروکسی ­بوتیرات بیشتری دارد[۱۳۶].
گونه A. halopraeferens همان ­طور که از نام آن نیز پیداست با شرایط خاک­های شور سازش یافته است، اما تاکنون فقط از ریشه علف­کالار (Leptochloa fusca L. Kallar grass) در ایالت پنجاب پاکستان جداسازی شده و کوشش­ها جهت جداسازی آن از ریشه ­های چندین گیاه علفی متأثر از شوری در برزیل ناموفق بود[۱۶۰]. گونه A. halopraeferens به گونه A. amazonense شباهت بیشتری دارد، ولی به دلیل تحمل حرارتی زیادتر و انجام فعالیت نیتروژنازی در دمای بالاتر و نیاز به نمک، از این گونه متمایز می­ شود. pH مناسب برای رشد گونه مذکور ۸ و دمای مناسب رشد آن ۴۱ درجه سانتی ­گراد است[۱۶۰].

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

گونه A. irakense از ریشه برنج در ناحیه دجله عراق جدا شد. سلول­های گونه مذکور به شکل S با یک تاژک قطبی در محیط مایع و تاژک­های جانبی روی محیط نوترینت- آگار است. توانایی تثبیت نیتروژن در شرایط فشار اکسیژن کم را دارد[۱۲۲].
گونهA. largimobile بر اساس مطالعه توالی بخش ۱۶S rDNA و هیبریداسیون DNA-DNA، زیر گونه Largimobile از گونه Conglomemrmonas largomoblili جدا و به جنس Azospirillum انتقال یافت. نام A. largimobile در سال ۱۹۹۷ توسط سلی و اشتاک­برانت[۹۵] در سال ۱۹۹۹ پیشنهاد شد [۸۴].
کریچوف و همکاران[۹۶] (۱۹۹۷) بعد از آنالیز مرفولوژیکی و فیزیولوژیکی و مقایسه توالی بخش ۱۶S rDNA گونه جدیدی از Azospirillum را بر ریشه­ها و ریزوسفر دو گونه Miscanthus senesis و Miscanthus sacchariflorus جداسازی کردند[۱۲۵].
گونه A. oryzae از ریشه برنج جداسازی و به عنوان یک گونه جدید معرفی شد. این گونه بر اساس آنالیز پلی­ژنی و آنالیز توالی بخش ۱۶S rDNA و نیز ویژگی­های تاکسونومیکی مانند درصد مولی گوانین و سیتوزین و اسید چرب اصلی متعلق به جنسAzospirillum بوده و بر اساس ویژگی­های فیزیولوژیکی از گونه­ های دیگر این جنس متمایز گردید[۲۰۲].
گونه A. melinis به عنوان یک باکتری تثبیت کننده نیتروژن مولکولی به وسیله روش احیای استیلن و تکثیر PCRقطعات ژن nif Hاز ریشه گیاه علفی به نام (Melinis minutiflora L) توسط پینگ و همکاران[۹۷] (۲۰۰۶) جداسازی و بر اساس الگوی نقوش پروتئینی، هیبریداسیون DNA، توالی ژن ۱۶S rDNA و ویژگی­های مرفولوژیکی در جنس Azospirillum قرار گرفت[۱۵۳].
۲-۲-۱۹-۴- اکولوژی و گیاهان میزبان
باکتری Azospirillum یکی از مهمترین میکروارگانیسم­های تثبیت کننده نیتروژن در مناطق گرمسیر می­باشد. این باکتری با گیاهان تک ­لپه­ای مختلفی از جمله غلات مانند گندم، برنج، ذرت و گیاهان دیگر مانند سورگوم، نیشکر، ارزن، چاودار و گراس­های علفی مانند دیجیتاریا و همچنین با تعدادی از گیاهان دو­ لپه­ای بصورت همیاری زیست می­ کند. پراکنش جغرافیایی Azospirillum بسیار گسترده می­باشد، به طوری که وجود این باکتری در خاک و ریشه گیاهان مناطق معتدل، سرد و گرمسیر دنیا گزارش شده است ولی فراوانی آن در مناطق گرمسیر بیشتر است[۸].
۲-۲-۱۹-۵- کلونیزاسیون ریشه
همیاری ریشه گیاه و Azospirillum فقط در صورتی موفقیت­آمیز خواهد بود که باکتری بتواند در خاک زنده بماند و جمعیتش به طور قابل توجهی در سیستم ریشه گیاه میزبان افزایش یابد. جهت تأثیر مثبت تلقیح گیاه با گونه­ های Azospirillum مورد نظر، ابتدا کلونیزاسیون ریشه باید اتفاق اُفتد. کلونیزاسیون نامناسب ریشه هیچ تأثیری بر رشد گیاه نداشته یا تأثیر آن جزئی است[۸].
جذب سطحی محکم و پایدار Azospirillum جهت همیاری طویل مدت با ریشه ­های گیاه میزبان به سه دلیل ضروری است: ۱) اگر باکتری به سلول­های اپیدرمی ریشه­ها چسبیده نشود، مواد مترشحه از باکتری به ریزوسفر انتشار یافته و قبل از اینکه به گیاه برسد توسط سایر میکروارگانسیم­ها خاک مصرف می­گردد. ولی زمانی که باکتری­ ها به ریشه­ها می­چسبند قسمتی از این مواد به داخل فضای بین سلولی کورتکس ریشه انتشار می­یابد، ۲) بدون جذب سطحی محکم، ممکن است جریان آب باکتری­ ها را از ریزوپلان شسته و به جاهای نامناسب در اطراف (خاک فاقد عناصر غذای) حمل کند[۴۶] و ۳) مکان­های همیاری روی ریشه­ها در صورتی که توسط Azospirillum اِشغال نگردد در مقابل سایر میکروارگانسیم­های مهاجم آسیب پذیر می­شوند (احتمالاً کلونیزاسیون با این میکروارگانیسم اثرات مثبتی نخواهد داشت).جذب سطحی Azospirillum به ریشه­ها در دو فاز از فرآیندهای مستقل از هم بنام فاز جذبی و فاز انچورینگ[۹۸] (جذب سطحی غیر قابل برگشت) معین شده است. فاز اول جذب باکتری به ریشه‌ها بصورت سریع، ضعیف و قابل برگشت می­باشد. پروتئین­های هیدروفوب در سطح باکتری و تاژک قطبی در آن دخالت می­ کنند، فاز دوم که انچورینگ نامیده می­ شود قویتر و غیر قابل برگشت و توسط پلی ساکاریدهای سطحی درون سلول باکتری تحت تأثیر قرار گرفته­اند[۲۰۳]. جذب و انچورینگ از لحاظ استحکام و متابولیت­های که در این فرایند­ها درگیرند متفاوت هستند. مطالعات مختلفی در جذب سطحی Azospirillum و کلونیزاسیون سطح ریشه نشان داده که مکان­های که برای کلونیزاسیون سطحی باکتری­ ها در اکثر گونه­ های گیاهی مطالعه شده قسمت ریشه ­های موئین و امتداد ریشه­هاست[۴۶].
مطالعات اخیر نشان داده که A. brasilense سویه Sp-7 فقط ریشه ­های موئین را کلون می­ کند، برخلاف آن A. brasilense سویه۲۴۵ Sp- به طور مکرر در تراکم­های زیاد در قسمت داخلی سلول­ها و ریشه ­های موئین یافت می­ شود. A. brasilense سویه Cd رشد یافته تحت شرایط استاندارد به طور کامل تمام سیستم ریشه گندم به جزء مناطق انتهای ریشه را کلونیزاسیون می­ کند. اما این باکتری­ ها تحت تنش شوری عمدتاً در نوک ریشه­ها و ریشه ­های جانبی استقرار یافته­اند[۹۴].
۲-۲-۱۹-۶- تثبیت نیتروژن
Azospirillum ابتدا از یک خاک شنی با نیتروژن کم در هلند جداسازی شد[۸]. ولی، اهمیت این کشف برای بیش از ۵۰ سال، تا زمانی که دابرینر و دی در سال ۱۹۷۶ گزارش کردند که علف­های همیار با Azospirillum، علائم کمبود نیتروژن را نشان نمی­دهند، مشخص نشده بود. با توجه به اینکه اعضای این جنس قادر به تثبیت نیتروژن اتمسفر و افزایش رشد گیاه هستند زمانی فکر می­شد که همانند Rhizobium که در لگوم­ها یافت شده است. Azospirillum هم برای غلات یافته شده است و با بهره گرفتن از توانایی­های گونه­ های Azospirillum ، تأمین نیتروژن برای گیاهان زراعی مهم ممکن خواهد گردید[۱۲۷]. بنابراین، تثبیت نیتروژن به عنوان اولین مکانیسم جهت توصیف بهبود رشد گیاه بدنبال تلقیح با Azospirillum پیشنهاد شده بود با این حال چندین سال بعد، مطالعات نشان دادند که سهم نیتروژن تثبیت شده توسط Azospirillum برای گیاه بین ۵ تا ۱۸ درصد افزایش در کل گیاه می­باشد[۴۷].
Azospirillum فقط نیتروژن را در شرایط فشار اکسیژن کم و محدودیت نیتروژن تثبیت می‌کند. سطح اپتیمم فشار اکسیژن برای Azospirillum در حدود ۲/۰ کیلوپاسکال است اما گونه‌ها و سویه­های مختلف Azospirillum در تحمل به اکسیژن با هم تفاوت­هایی دارند[۱۰۷]. از مجموع مطالعات در مورد تثبیت نیتروژن توسط Azospirillum چنین نتیجه ­گیری می­ شود که این باکتری در تأمین بخشی از نیتروژن مورد نیاز گیاه نقش داشته است و نمی­تواند جایگزین کامل کودهای شیمیایی نیتروژن شود.
۲-۲-۲۱-۷- تولید مواد تنظیم کننده رشد گیاه
Azospirillum بعنوان یک تحریک کننده رشد گیاهی، غیر از تثبیت نیتروژن مولکولی، اکسین‌هایی نظیر ایندول استیک اسید (IAA) را تولید می­ کند. که موجب افزایش تولید تارهای کشنده ریشه و افزایش جذب عناصر غذایی از خاک می­ شود[۸]. اکسین دیگری که در ارتباط با تلقیح A. brasilense در ریشه گیاهچه­های ذرت تلقیح شده با آن یافت شد، ایندول بوتیریک اسید (IBA) می­باشد. در آزمایشی نشان داده شد که در ریشه گیاهچه­های ذرت تلقیح شده با Azospirillum مقدار زیادی IAA و IBA نسبت به گیاهان شاهد وجود داشت[۸].
در آزمایشات درون شیشه ­ای باکتری Azospirillum قادر به تولیدهورمون­های گیاهی (Phytohormon) مانند اکسین، جیبرلین­، سیتوکنین­ و اتیلن است[۱۵۱].
تولید IAA توسط برخی از سویه­های Azospirillum به نوع محیط کشت و تریپتوفان وابسته است. A. brasilense سویه Cd بیشترین میزان IAA (تقریباً ۳۸۰ میکرومول در لیتر) را تولید می‌کند[۱۴۷]. همچنین، pH تأثیر قابل­توجهی بر مقدار تولید IAA می­ گذارد. ویتامین­ها نیز در تنظیم سنتز IAA در A. brasilense نقش مهمی دارند مقدار خیلی کمی از ویتامین­ها گروه B بویژه پیووردین و اسید نیکوتنیک تولید IAA را در A. brasilense افزایش می­دهد[۲۰۹]. در Azospirillum ، تریپتوفان بعنوان پیش ماده ساخت IAA شناخته شده زیرا افزودن این اسید­آمینه به کشت­های باکتریایی منتج به تولید مقدار بیشتری از IAA گردیده است[۱۰۶].
سه مسیر اصلی در تبدیل تریپتوفان به IAA شناخته شده است. ۱) مسیر ایندول ۳- استامید (IAM)، ۲) مسیر ایندول ۳- پیروویک اسید (IPyA) و ۳) مسیر تریپتامین (TAM) [75].
اولین مسیر برای تولید IAA مسیر ایندول ۳- استامید (IAM) است که وابسته به تریپتوفان است و از دکربوکسیلاسیون اکسید تریپتوفان به ایندول ۳- استامید (IAM) شروع شده و سپس هیدرولیز IAM به IAA است. دو آنزیم مختلف در این دو مرحله از تبدیل به ترتیب شامل تریپتوفان ۲- مونواکسیژناز (TMO) و ایندول ۳- استامید هیدرولاز (IAM- هیدرولاز) نقش دارد[۴۶].
مسیر دوم وابسته به تریپتوفان در A. brasilense بعنوان مسیر IPyA شناسایی شده است. این مسیر عمده­ترین مسیر IAAدر گیاهان است و ترانس­آمیناسیون تریپتوفان به IPyA و سپس توسط واکنش دکربوکسیلاسیون به فرم ایندول ۳- استالدهید (IAAld) و در نتیجه یک واکنش اکسیدی به فرم IAA تشکیل می­ شود. تنها ژن جداسازی شده و توالی­یابی شده که تاکنون در تولید IAA در A. brasilense شناسایی شده ژن ipdc بوده که این کد کننده ایندول ۳ پیرووات کربوکسیلیک (IPyA) را به IAAld تبدیل می­ کند[۷۵]. درباره حضور مسیر تریپتامین در Azospirillum ، هارتمن و همکاران (۱۹۸۳)گزارش دادند که A. brasilense سویه Cd تبدیل تریپتامین به IAA را دارند[۱۰۶].

شکل ۲-۲: مسیرهای تولید IAA توسط باکتری Azospirillum

بسیاری از مطالعات نقش اکسین تولیدی توسط Azospirillum را در تغییر مرفولوژی ریشه گزارش دادند. بعنوان مثال گیاهچه­های گندم رشد کرده در سیستم هیدروپونیک و تلقیح شده با Azospirillum ریشه ­های جانبی بیشتری داشتند[۵۸].
۲-۲-۲۱-۸- افزایش جریان پروتون از ریشه
افزایش رشد گیاهان تلقیح شده با Azospirillum به علت تأثیرآن بر ترشح پروتون (H+) و اسیدهای آلی ترشح شده از گیاهان است. این رخداد اخیراً در مورد کاکتوس­ها به اثبات رسیده است[۶۵]. کاهش pH ریزوسفر منتج به افزایش حلالیت فسفر و آهن برای گیاهان به خصوص در مناطق خشک که مقدار کلسیم و pH خاک بالاست می­ شود. افزایش جریان پروتون در ریشه گندم موجب افزایش جذب عناصر معدنی به ریشه گیاه می­گردد زیرا افزایش جریان پروتون از ریشه، فرایند اصلی در جهت حل شدن عناصرمعدنی است[۳۵].
۲-۲-۱۹-۹- روابط سینرژیستی با سایر ارگانیسم­ها و تأثیر آن بر رشد و عملکرد گیاه
تلقیح توأم یعنی مخلوط یک یا چند میکروارگانیسم با همدیگر، یا به عبارتی، ترکیبی از میکروارگانیسم­های که اثرات متقابل سینرژیستی (دوجانبه مثبت) با همدیگر دارند. مطالعات انجام شده بدون گیاه نشان داده که برخی از میکروارگانیسم­ها برهم­کنش سینرژیستی دارند. این روابط شامل تأمین عناصر غذایی، حذف برخی از مهارکننده­های رشد یا تحریک رشد از طریق فرایند‌های فیزیکی- شیمیایی می­باشد[۳۰].
Azospirillum با شمار زیادی از باکتری­ های تجزیه­کننده پلی­ساکاریدها همیار می­باشد. آزمایش­های انجام گرفته نشان می­دهد که در کشت توأم باسیلوس( Bacillus) و Azospirillum ، تجزیه پکتین توسط Bacillus و تثبیت نیتروژن توسط Azospirillum افزایش می­یابد. کشت توأم A. brasilense و انتروباکتر کلواسه ( Enterobacter cloacae) موجب افزایش کارایی تثبیت نیتروژن نسبت به تلقیح جداگانه این باکتری­ ها گردید[۸]. تلقیح سورگم با A. brasilense و باکتری­ های حل کننده فسفر سودوموناس ستاریا (Pseudomonas striata) یا باسیلوس پلی­میکسا (Bacillus polymyxa) موجب افزایش عملکرد دانه، ماده خشک و جذب نیتروژن و فسفر در مقایسه با تلقیح انفرادی این باکتری­ ها گردید[۳۱].
اثرات تلقیح توأم Rhizobium و Azospirillum روی لگوم­ها توجه زیادی را در سال­های اخیر به خود جلب کرده است. اثرات مثبت تلقیح توأم برای لگوم­ها مختلف گزارش شده است. این پاسخ مفید در تلقیح گیاهان بصورت توأم، به اثرات مطلوب Azospirillum روی تعداد گره‌ها، رشد، وزن خشک و تثبیت نیتروژن در گره­ها نسبت داده شده است. فیتوهورمون­های تولید شده توسط Azospirillum، تمایز سلول­های اپیدرمی در ریشه ­های موئین را بهبود داده­اند و تعداد مکان­های آلودگی Rhizobium را افزایش می­ دهند[۸]. در نتیجه گره­های بیشتری تشکیل می‌شوند. تلقیح توأم Azospirillum و Rhizobium با گیاه عدس موجب افزایش تعداد کل گره‌ها، وزن خشک گره­ها، و عملکرد دانه و کاه شده است[۸]. این اثرات متقابل بیشتر با افزایش ماده آلی در حضور محیط رشد گیاه بدست آمده است[۸].
تلقیح توأم Azospirillum و قارچ­های ویزیکول آربوسکولار میکوریز گونه Glomus intraradices در سورگم به صورت رابطه سینرژیسم (همکاری) بوده و موجب افزایش میزان کلونیزاسیون میکوریز، فسفاتاز­های ریشه (قلیایی و اسیدی) و افزایش جذب عناصر فسفر، نیتروژن، روی، مس و آهن گردیده است. کاربرد این دو میکروارگانیسم با هم می ­تواند جایگزین کودهای شیمیایی نیتروژن و فسفر شود[۸].
۲-۲-۱۹-۱۰- نتایج آزمایش­های گلخانه­ای و مزرعه­ای
اولین تولید مایه تلقیح Azospirillum به تدریج و در مقیاس کوچک و به کندی وارد بازارهای کشاورزی شد[۸۹]. عامل اصلی جلوگیری کننده از معرفی Azospirillum در مقیاس وسیع غیر قابل پیش ­بینی بودن و تناقض در نتایج بوده است. اوکن و لاباندرا[۹۹] (۱۹۹۴) نتایج بیست ساله آزمایش­های تلقیحی در مزرعه با باکتری Azospirillum را خلاصه کردند[۱۴۴]. آنها دریافتند که اکثر آزمایش­ها (۶۰-۷۰ درصد) منجر به افزایش قابل توجهی در عملکرد در حدود ۳۰-۵ درصد شد. به علاوه آنها نتیجه ­گیری کردند که آزمایش­های موفق آن دسته از آزمایش­های بودند که محققان نسبت به تعداد مناسب سلول­های Azospirillum در ماده تلقیح توجه بیشتری داشتند و روش­های تلقیحی را بکار گرفته­اند که تعداد مناسبی سلول زنده و قابل استفاده برای تشکیل کلونی در اطراف ریشه­ها باقی مانده است[۱۴۵].
در آزمایشات مزرعه در آرژانتین تعداد دانه در بلال­های ذرت تلقیح شده با A. lipoferum دو برابر شد و وزن خشک دانه به ۵۹ درصد افزایش یافت و افزایش قابل توجهی در توسعه ریشه در زمان برداشت بدست آمد. مطالعه دیگری نشان داده که تلقیح ذرت با باکتری Azospirillum به تنهای هیچ تأثیری بر عملکرد ماده خشک یا سبز نداشت اما استفاده از نیتروژن در ترکیب با Azospirillum به طور قابل توجهی عملکرد ماده خشک و سبز را نسبت به تلقیح به تنهایی یا استفاده از کود نیتروژن به تنهایی افزایش داد[۶۸]. در تلقیح گیاه علفی چمنی مدیترانه­ای (مرغ) توسط A. brasilense سویه Cd بهترین نتایج در اکوسیستم­های نیمه خشک با افزایش دادن تولید زیتوده هوایی حدود چهار برابر از تلقیح بدست آمد[۲۰۳]. تلقیح گندم با سویه­های مختلف Azospirillum موجب افزایش قابل توجهی به میزان ۲۳ تا ۶۰ درصدی عملکرد دانه نسبت به گیاهان شاهد گردید[۶۰].

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...