SUPERVISOR
فرشید نوربخش (استاد راهنما) مهدی پورهاشمی (استاد مشاور) فرهاد رجالی (استاد راهنما)
STUDENT
Fahimeh Fazlikhani
فهیمه فضلی خانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Effects of Phosphate-solubilizing Bacteria and Vesicular-arbuscular Mycorrhizae on the Phosphate Uptake and Growth in Corn
Phosphorus is one of the 17 essential elements for plant growth and the most limiting element after nitrogen for plant growth. It has a significant role in many vital processes such as photosynthesis, respiration and structure of nucleic acids and cell structure. Phosphorus absorption capacity due to the high pH and the abundance of calcium is less than the sufficient amount for proper growth of plants, in many soils of Iran. On the other hand, about 80% of phosphorus fertilizers used in the soil is in the stabilized forms and unavailable to the plants. Therefore providing ways to improve the efficiency of these fertilizers on agricultural land is necessary. The use of soil microorganisms that are able to dissolve the phosphate is, one of the appropriate ways to increase the absorption of phosphorus in the alkaline soil. Thus, the present study was performed to investigate the effect of phosphate solubilizing strains on the availability of phosphorus in corn, selection and identification of superior strains (first test), effect of the best three bacteria together with arbuscular mycorrhizal fungi on growth characteristics of maize (second test). for the first test 24 phosphate solubilizing isolates were prepared from the Biology Department of Soil and Water Research Institute, Iran and initial tests and resistant tests to high temperatures (45 and 50 degrees C) and different pH were done. Treatments were 24 treatments with phosphate solubilizing isolates, three blanks (blank A: treatment without microbial inoculation, blank B: treatment without plant and microbial inoculation and blank C: treatment without microbial inoculation and nutrient solution) and a control+ (containing triple super phosphate), respectively. The experiment was performed in a Leonard Jar and three maize seeds cv 704 were planted, at the depth of 5 cm of sand bed in each jar2g rock phosphate was mixed with the beds of all treatments except control+. For control+ 1g triple super phosphate fertilizer (in powder form) was mixed with the bed. This experiment was conducted in a randomized complete design with four replications in a growth chamber and greenhouse Soil and Water Research Institute. Shoots were harvested after 65 days of planting and root and shoot fresh and dry weights, phosphorous concentration and absorption in aerial parts and bed were measured. Finally based on the results, three bacteria were chosen and identified by molecular methods. In a second experiment the effect of bacterial treatments three treatments with best three bacteria, one treatment with mixture of three bacteria and one treatment without bacteria), two fungal treatments (treatment with Rhizophagus irregularis and treatment without mycorrhiza), two blank (blank A: without microbial inoculation blank B: without microbial inoculation and plant cultivation) and a control+ (containing fertilizer triple super phosphate) were evaluated. Three seeds of maize cv 704 were planted at a the depth of 5 cm of soil in pot culture experiments. A Factorial experiment was done based on completely randomized design with 4 replications. After 60 days, leaf chlorophyll content height, shoot and root fresh and dry weights, length, percentage of root colonization and concentration and uptake of P in aerial parts were measured after harvesting. In the first test, the results showed that among all isolates, Azoto-5 and B-Coa had the highest tolerance when the temperature increases and isolates Th had an ability to reduce the pH of the liquid medium. In the jar system, the control + showed higher P uptake and growth characteristics than other microbial treatments. According to the results of the first experiment, three bacteria Th (Lactobacillus plantarum), 46J (Pantoea vaqans) and C5-1 (Rahnell sp.) were selected as bacteria. The second study showed that there were no significant difference between fungal treatments and treatments without fungi in plant growth characteristics and P uptake by aerial parts. But the presence of the fungus increased root colonization percentage and reduced the amount of chlorophyll. Different treatments of bacteria didn’t show significant differences associated with growth characteristics (except shoot dry weight) and shoot phosphorus uptake. Among microbial treatments, the highest phosphorus in aerial parts was seen by B0F1 (without bacteria and with fungi) In general, plants treated with bacteria had the higher amount of phosphorus in aerial parts than treatments without bacteria. Among four treatments containing with fungi and bacteria, interaction between C5-1 bacterium and mycorrhizal fungus was positive and shoot and root dry weight, root volume, root length, chlorophyll, phosphorus, shoot phosphorus uptake were higher than those in other treatments. Keywords : Phosphorus, rock Phosphate, Phosphate solubilization bacteria, Mineral solubilizers, corn and arbuscular mycorrhiza fungi.
فسفر یکی از 17 عنصر ضروری مورد نیاز رشد گیاه و محدودکنندهترین عنصر بعد از نیتروژن برای رشد گیاه بهشمار میآید. این عنصر در بسیاری از فرآیندهای حیاتی گیاه همچون فتوسنتز، تنفس و نیز ساختار نوکلئیک اسیدها و ساختمان سلولی، نقش قابل توجهی دارد. در بسیاری از خاکهای ایران به دلیل زیاد بودن pH و فراوانی یون کلسیم، قابلیت جذب فسفر، برای تأمین رشد مناسب گیاه کمتر از مقدار لازم است. از طرفی حدود 80 درصد کود فسفر مورد استفاده در خاک، تثبیت شده و از دسترس گیاه خارج میشود. از این رو ارائه روشهایی جهت بهبود کارایی این کودها در زمینهای زراعی ضروری بهنظر میرسد. استفاده از ریزجانداران خاکزی که توانایی انحلال فسفات را دارند، یکی از راهحلهای مناسب برای افزایش قابلیت جذب فسفر در خاکهای قلیایی است. در همین راستا، پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر برخی جدایههای حلکننده فسفات بر قابلیت جذب فسفر در گیاه ذرت، انتخاب و شناسایی جدایههای برتر (آزمایش اول) و نیز بررسی اثر کاربرد همزمان سه باکتری برتر به همراه قارچ آربسکول میکوریزا بر خصوصیات رشدی گیاه ذرت (آزمایش دوم) انجام شد. به منظور انجام آزمایش اول 24 جدایهی حلکننده فسفات از بخش بیولوژی موسسه تحقیقات خاک و آب، تهیه و آزمونهای اولیه و نیز آزمون مقاومت به دمای بالا (45 و 50 درجه سانتیگراد) و pHهای مختلف بر روی آنها صورت گرفت. تیمارها شامل 24 تیمار جدایهی حلکننده فسفات، سه تیمار شاهد (شاهد A: تیمار فاقد تلقیح میکروبی، شاهد B: تیمار فاقد گیاه و تلقیح میکروبی و شاهد C: تیمار فاقد گیاه، تلقیح میکروبی و محلول غذایی) و یک تیمار کنترل+ (حاوی کود سوپر فسفات تریپل) بود. این آزمایش درون جار لئونارد و در هر جار 3 بذر ذرت رقم سینگل کراس 704، در عمق 5 سانتیمتری بستر شن، کاشته شد. در بستر تمامی تیمارها به جز تیمار کنترل +، میزان 2 گرم خاک فسفات و در تیمار کنترل + یک گرم کود سوپرفسفات تریپل (به شکل پودر)، مخلوط شد. این آزمایش در قالب طرح کامل تصادفی، در چهار تکرار و در اتاقک رشد و گلخانه انجام شد. پس از گذشت 65 روز از زمان کاشت، اندام هوایی گیاهان برداشت و وزن تر و وزن خشک ریشه و اندام هوایی گیاه، غلظت و جذب فسفر در اندام هوایی و نیز فسفر قابل جذب بستر اندازهگیری شد. درنهایت براساس نتایج، سه باکتری برتر انتخاب و به روش مولکولی شناسایی شدند. در آزمایش دوم اثر پنج تیمار باکتری (سه تیمار باکتریهای برتر، یک تیمار مخلوط سه باکتری و یک تیمار فاقد باکتری)، دو تیمار قارچ (تیمار حاوی قارچ Rhizophagus irregularis و تیمار فاقد قارچ میکوریزا)، دو تیمار شاهد (شاهد A: فاقد تلقیح میکروبی، شاهدB: فاقد تلقیح میکروبی و کشت گیاه) و یک تیمار کنترل+ (حاوی کود سوپرفسفات تریپل) بررسی شد. این آزمایش درون گلدان و در هر گلدان 3 بذر ذرت رقم سینگل کراس 704، در عمق 5 سانتیمتری بستر خاک کاشته شد. طرح بهصورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی و در 4 تکرار انجام شد. پس از گذشت 60 روز از کشت بذرها، میزان کلروفیل برگ اندازهگیری و پس از برداشت، ارتفاع، وزن تر و وزن خشک اندام هوایی، وزن تر و خشک ریشه، طول، حجم و درصد کلنیزاسیون ریشه و غلظت و جذب فسفر در اندام هوایی اندازهگیری شد. نتایج نشان داد در آزمایش اول بین تمامی جدایهها، Azoto-5 و B-Coa بیشترین مقاومت نسبت به افزایش دما و جدایه Th توانایی کاهش pH را در محیط کشت مایع داشتند. در سیستم جار، تیمار کنترل +، جذب فسفر بیشتر و خصوصیات رشدی بهتری را در مقایسه با تیمارهای میکروبی، ایجاد کرد. با توجه به نتایج آزمونهای صورت گرفته در آزمایش اول، سه باکتری Th ( Lactobacillus plantarum ) ،( Pantoea vaqans ) 46J و C5-1 ( Rahnell sp.) بهعنوان باکتریهای برتر انتخاب شدند. نتایج آزمایش دوم نشان داد اختلاف معنیداری بین تیمارهای حاوی قارچ و بدون قارچ در ارتباط با خصوصیات رشدی گیاه و جذب فسفر توسط اندام هوایی نبود، اما حضور قارچ موجب افزایش درصد کلنیزاسیون ریشه و کاهش میزان کلروفیل برگ شد. تیمارهای مختلف باکتری اختلاف معنیداری در ارتباط با خصوصیات رشدی گیاه (به جز وزن خشک اندام هوایی) و میزان جذب فسفر اندام هوایی، با یکدیگر نشان ندادند. در بین تیمارهای میکروبی بیشترین میزان فسفر اندام هوایی در تیمار B0F1 (تیمار فاقد باکتری و حاوی قارچ) بود و به طور کلی گیاهان تیمار شده با باکتری، فسفر اندام هوایی بیشتری در مقایسه با تیمارهای بدون باکتری داشتند. در بین چهار تیمار حاوی قارچ و باکتری، برهمکنش باکتری C5-1 و قارچ میکوریزا مثبت بود و بیشترین میزان وزن خشک اندام هوایی، وزن خشک ریشه، حجم ریشه، طول ریشه، میزان کلروفیل، فسفر اندام هوایی و نیز جذب فسفر اندام هوایی را در مقایسه با سه تیمار دیگر داشت. واژههای کلیدی : فسفر، خاک فسفات، باکتریهای حلکننده فسفات، سوپرفسفات تریپل، ذرت و قارچ آربسکول میکوریزا