SUPERVISOR
مجید افیونی مبارکه (استاد مشاور) مجید طالبی (استاد مشاور) مژگان سپهری (استاد راهنما)
STUDENT
Ali Alinezhad ali abad
علی علی نژادعلی آباد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Effect of SiderophoreProducingBacteriaand Endophytic Fungus,Piriformospora indica,on the Response of AlfalfainCadmiumStress Conditions
Worldindustrialization has made many bio-environmentalproblems including productionand releaseof significant amount oftoxinsandpollutantssuch asheavymetals(copper, lead, cadmium and arsenicc.). Nowadays, scientificassociations have warned of the adverse effects heavy metal toxicityonplants and their transfertohuman-beingsthroughfood chain. Thus, the introduction of a suitable method in order to re-uptake of heavy metalsfromsoilis essential. Bioremediationand using the potential of beneficialsoilmicroorganisms in establishing symbiotic relationshipwithplantsisan effective approach for reducing soil contamination of heavy metals. This study was conducted to investigate the effects of individual and simultaneous inoculation of three bacteria with different ability in sidrophore production ( Sinorizhobium Meliloti (47-3), Sinorizhobium Meliloti (27) and Pseudomonas fluorescent (p169)), and an endophytic fungus; Pirformospora indica on some morphological and physiological characteristics of alfalfa ( Mdicago sativa ) in response to different levels of Cadmium (0, 2, 5 and 10 mgCd/Kg). The experiment was conducted at greenhouses of agricultural college (Isfahan University of technology) by using the sterile sand-perlite (2: 1 v/v), in a completely randomized design with three replications. The results showedthat shoot and root dry weight, root nodulation, N concentration of shoot, ironandphosphorusconcentration inthe shootsandroot parts of plant and also photosynthesis of inoculated plants with each bacterium and P.indica under cadmium contamination were significantly(P 5%) lower than non-contamination conditions. Cadmium stress resulted in increaseing the shoot and root Cd concertrations and also the activity of some antioxidant enzymes such ascatalase antioxidant (CAT), ascorbateperoxidase (APX) andguaiacol peroxidase(GPX). Individual inoculation of studied bacteria in normal conditions (0 mg Cd /Kg) had greater positive effects on some parameters like root nodulation, shoot N concentrations, photosynthesis, root dry matter,ascorbate peroxidase and catalase peroxidase activitiesandFe concentration of the root in compare to dual inoculation of the bacteria and P.indica . However, under such conditions, P.indica inoculations alone or in combination with any of the studied bacteria resulted in significant increase of shoot and root P concentration and shoot Fe concentration compared with the other microbial treatment. Also this microbial treatment had a significant effect (P 5%) on shoot and root P concentration and shootdry weightatlevel of 2, 5and10mg Cd/Kg. Individualinoculation of bacteria at levels of 2and5mgCd/Kg had an improving effect on shoot and root dry weight, root nodulation. C0-inoculation of P.indica with each of the studied bacteriaat2, 5and10mg/Kg of cadmium, increased shoot and root dry weight, root nodulation and P concentration of shoot significantly. In addition, the mentioned treatment had asignificant positive effect on activity of catalaseand ascorbate peroxidase enzymes at level of 10mg/Kg cadmium. Individual inoculation of Sinorizhobium Meliloti (47-3) had the greatest effecton root absorption ofcadmiumand also the amount ofironin theshootandroot parts of plant.In general, due to positive effects of investigated microorganisms in this research on some physiological selection criteria like micronutrients uptake, shoot and root dry weights and antioxidant enzymes activities, they can be introduced as an effective biological approach in phytoremediation purposes. Keywords : Cadmium, phytoremediation , siderophores producing bacteria and Piriformospora indica
صنعتی شدن دنیا باعث ظهور و پیدایش مشکلات متعدد زیست محیطی از جمله تولید و آزاد شدن مقدار قابل توجهی از مواد سمی و آلاینده از جمله فلزات سنگین (مس، سرب، کادمیم و آرسنیک) در محیط زیست شده است. امروزه مجامع تحقیقاتی و علمی نسبت به اثرات سوء فلزات سنگین با ایجاد مسمومیت پنهانی در گیاه و انتقال آنها از طریق زنجیره غذایی به انسان هشدار داده اند. بنابراین ارائه روش hy;های مناسب جهت باز جذب فلزات سنگین از محیط خاک ضروری است. زیست پالایی و استفاده از پتانسیل میکروارگانیسم های مفید خاک در برقراری رابطه همزیستی با گیاه روشی مؤثر در افزایش جذب فلزات سنگین از خاک آلوده است. این پژوهش به منظور بررسی تأثیر تلقیح انفرادی و هم زمان باکتری های سینوریزوبیوم ملیلوتی(47-3)، سینوریزوبیوم ملیلوتی (27) و پسودوموناس فلوئورسنت ( p169 ) تولیدکننده ترکیبات سیدروفور با قارچ اندوفایت Pirformosporaindica بر برخی از ویژگی های مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه یونجه ( Mdicagosativa ) رقم همدانی در پاسخ به سطوح مختلف تنش فلز کادمیم (0 ،2 ،5 و 10 میلی گرم بر کیلوگرم) انجام شد. آزمایش در بستر کشت شن و پرلیت استریل (نسبت حجمی 2:1) به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان صورت گرفت. نتایج نشان داد که وزن خشک شاخساره و ریشه، گره بندی ریشه، غلظت نیتروژن شاخساره، غلظت آهن و فسفر شاخساره و ریشه و میزان کلروفیل ظاهری گیاه یونجه در سطوح مختلف تنش کادمیم نسبت به سطح صفر این عنصر (عدم تنش) کاهش معنی داری در سطح 5 درصد یافت. تنش کادمیم موجب افزایش غلظت کادمیم شاخساره و ریشه، فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدان کاتالاز (CAT)، آسکوربات پراکسیداز (APX) و گایاکول پراکسیداز (GPX) در سطح 5 درصد شد. تلقیح انفرادی باکتری های مورد مطالعهدر مقایسه با تلقیح هم زمان قارچ و باکتری ها اثر افزایشی بیشتری بر گره بندی ریشه، غلظت نیتروژن شاخساره، میزان کلروفیل ظاهری، وزن خشک ریشه، فعالیت آسکوربات پراکسیداز و غلظت آهن ریشه داشت. اما در چنین شرایطی تلقیح انفرادی قارچ P.indica و همچنین تلقیح هم زمان قارچ با هر یک از باکتری های مطالعه شده در مقایسه با سایر تیمارهای میکروبی موجب افزایش غلظت فسفر شاخساره و ریشه و غلظت آهن شاخساره شد. همچنین این تیمار میکروبی در سطوح 2، 5 و 10 میلی گرم بر کیلوگرم تنش کادمیم اثر قابل توجهیبر وزن خشک شاخساره و فسفر شاخساره و ریشه در سطح 5 درصد گذاشت. تلقیح انفرادی باکتری های مورد مطالعه در سطوح 2 و 5 میلی گرم کادمیم بر وزن خشک شاخساره و ریشه و گره بندی اثر افزایشی داشت. تلقیح هم زمان قارچ P.indica و باکتری های مورد مطالعه در سطوح 2، 5 و 10 میلی گرم کادمیم بر وزن خشک شاخساره و ریشه، گره بندی ریشه و غلظت فسفر شاخساره را به صورت معنی داری افزایش داد. علاوه بر این،دارای تأثیر قابل توجهی بر فعالیت آنزیم کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز در سطح 10 میلی گرم کادمیم تیمار مذکور بود. تیمار تلقیح انفرادی باکتری سینوریزوبیوم ملیلوتی (3-47) در این پژوهش بیشترین تأثیر را در جذب کادمیم و فراهمی آهن شاخساره و ریشه داشت. به طور کلی به دلیل اثرات مثبت میکروارگانیسم های مورد مطالعه بر برخی شاخص های فیزیولوژیکی مانند جذب عناصر غذایی، وزن خشک شاخساره و ریشه گیاه و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدان این میکروارگانیسم ها می توانند به عنوان یک راه کار بیولوژیکی در اهداف گیاه پالایی معرفی گردند. کلمات کلیدی: کادمیم، گیاه پالایی، باکتری های تولیدکننده سیدروفور ، Piriformosporaindica