SUPERVISOR
مژگان سپهری (استاد راهنما) امیرحسین خوش گفتارمنش (استاد مشاور) حمیدرضا عشقی زاده سامانی (استاد مشاور)
STUDENT
Vahid alah Jahandideh mahjen abadi
وحیداله جهاندیده مهجن آبادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Investigation of Physiological and Biochemical Responses of Inoculated Wheat Cultivars with Fungus Piriformospora indica and Plant Growth Promoting Rhizobacteria to Zinc Deficiency Stress
Zinc de?ciency is one of the most widespread micronutrient de?ciencies in plants that disorder in the production of wheat and other cereal crops. An increase in reactive oxygen species (ROS) levels and a decrease in efficiency of detoxi?cation mechanisms may be the major reasons for impairment of various cellular functions in Zn-de?cient plants. Given that vast areas of land under wheat cultivation in arid and semi-arid parts are zinc deficient, Hence the increase plants potency to tolerance this element efficiency is important in terms of yield losses. Biological methods based on soil useful microorganisms’ potentials in creating symbiosis relationship to plants can increase crops yields per unit area by changing their genetic structure and improving their cultivation in zinc deficient soils. This study was conducted in order to investigate the in?uence of individual and simultaneous inoculation of endophytic fungus, Piriformospora indica and plant growth-promoting rhizobacterium, Pseudomonas putida and Azotobacter chroococcum on physiological and biochemical properties of two wheat cultivars nicknejad and azadi in response to zinc deficiency stress. The experiment was conducted in greenhouse soilless culture center of Isfahan University of technology by using the sterile sand-perlite (2:1 v/v), in a completely randomized design with three replications. The results showed that nicknejad cultivar than with azadi cultivar had the less zinc efficiency and tolerance to zinc deficiency stress. Highest shoot dry weight at zinc efficiency and sufficiency conditions was belonged to individual inoculation of A. chroococcum and P. putida , respectively, however the impact these bacteria in zinc inefficient nicknejad cultivar was more significant. Individual inoculation of P. indica and A. chroococcum and P. putida bacteria at zinc efficiency condition resulted in increase the total amount of zinc in shoot of nicknejad cultivar but their impact on the total amount of zinc in shoot of azadi cultivar was not significant. Zinc deficiency resulted in increase iron concentration in shoot of nicknejad cultivar and phosphorous concentration in shoot of both cultivars. Highest phosphorous and iron concentrations in shoot of wheat cultivars belonged to individual inoculation of P. indica . But, individual inoculation of A. chroococcum and P. utida reduced phosphorous concentration in shoot of wheat cultivars at both levels of zinc compared to non-inoculation of bacteria. Also at zinc efficiency condition, individual inoculation of A. chroococcum and P. putida reduced iron concentration in shoot of nicknejad cultivar compared to non-inoculation of bacteria. At zinc efficiency condition, the highest chlorophyll a and b and carotenoids concentrations of azadi cultivar was achieved by individual inoculation of P. putida that with individual inoculation of P. indica and simultaneous inoculation of P. indica and P. putida in a group were statistixly. However, the highest chlorophyll a and b and carotenoids concentrations of nicknejad cultivar at zinc efficiency condition belonged to individual inoculation of P. indica and simultaneous inoculation of P. indica and P. putida. Individual inoculation of A. chroococcum at zinc efficiency and sufficiency conditions, resulted in reducing chlorophyll a, b and carotenoids concentrations of nicknejad cultivar. Individual inoculation of A. chroococcum and P. putida played an important role in inducing antioxidant enzyme activities of ascorbate peroxidase and peroxidase of wheat cultivars in response to zinc deficiency stress. However, individual inoculation of P. indica only in increase enzyme activitie of ascorbate peroxidase of azadi cultivar and enzymes activity of peroxidase of nicknejad cultivar was successful. Enzyme activity of Catalase of nicknejad cultivar at zinc efficiency condition, was not affected by microbial inoculation. In general, inoculation of wheat plant with plant growth-promoting rhizobacterium can serve as a useful method for alleviating deleterious effects of zinc deficiency stress in sensitive cultivar to this element efficiency. Keywords : Zinc deficiency, Wheat, Pseudomonas putida ، Azotobacter chroococcum and Piriformospora indica .
کمبود عنصر روی از شایع ترین کمبودهای عناصر غذایی در گیاهان است که به طور گسترده بر تولید غلات و به ویژه گندم تأثیر می گذارد. افزایش سطح گونه های فعال اکسیژن (ROS) و کاهش کارایی سیستم های سمیت زدایی ممکن است از دلایل اصلی آسیب به عملکردهای مختلف بافت سلولی گیاهان دچار کمبود روی باشند. بخش وسیعی از زمین های زیر کشت گندم ایران در مناطق خشک و نیمه خشک دچار کمبود روی می باشند، بنابراین، افزایش توان گیاهان جهت تحمل کمبود این عنصر، از نظر کاهش افت عملکرد مهم می باشد. روشهای بیولوژیک مبتنی بر استفاده از پتانسیل ریزجانداران مفید خاکزی در برقراری روابط همزیستی با گیاهان، می تواند با تغییر ساختار ژنتیکی محصولات زراعی و سایر گیاهان، عملکرد آنها را در واحد سطح افزایش دهد و امکان توسعه کشت آنها را در خاک های دچار کمبود روی فراهم آورد. این تحقیق به منظور بررسی تأثیر تلقیح انفرادی و همزمان قارچ اندوفایت Piriformospora indica و باکتری های ریزوسفری محرک رشد گیاه سودوموناس پوتیدا ( Pseudomonas putida ) و ازتوباکتر کروکوکوم ( Azotobacter chroococcum ) بر ویژگی های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی دو رقم گندم نیک نژاد و آزادی در پاسخ به تنش کمبود روی انجام شد. آزمایش به صورت فاکتوریل در پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه مرکز کشت بدون خاک دانشگاه صنعتی اصفهان و با استفاده از بستر کشت مخلوط شن و پرلیت (v/v 2:1) انجام شد. نتایج نشان داد که رقم نیک نژاد نسبت به رقم آزادی از روی کارایی و تحمل به تنش کمبود روی کمتری برخوردار بود. بیشترین وزن خشک شاخساره ارقام گندم در شرایط کمبود و کفایت روی به ترتیب مربوط به تیمار تلقیح انفرادی باکتری های ازتوباکتر و سودوموناس بود، اگرچه تأثیر این باکتری ها در رقم ناکارآمد نیک نژاد بارزتر بود. تلقیح انفرادی قارچ P. indica و باکتری های ازتوباکتر و سودوموناس در شرایط کمبود روی، موجب افزایش مقدار کل روی شاخساره رقم نیک نژاد شدند اما، تأثیر آنها بر مقدار کل روی رقم شاخساره رقم آزادی قابل توجه نبود. کمبود روی موجب افزایش غلظت آهن شاخساره رقم نیک نژاد و غلظت فسفر هر دو رقم گندم شد. بیشترین غلظت عناصر فسفر و آهن شاخساره ارقام گندم در شرایط کمبود و کفایت روی، مربوط به تیمار تلقیح انفرادی قارچ P. indica بود. اما، تلقیح انفرادی باکتری های ازتوباکتر و سودوموناس در هر دو سطح روی، غلظت فسفر شاخساره ارقام گندم را نسبت به عدم تلقیح باکتری، کاهش دادند. همچنین در شرایط کمبود روی، تلقیح انفرادی باکتری های ازتوباکتر و سودوموناس، غلظت آهن شاخساره رقم نیک نژاد را نسبت به عدم تلقیح باکتری، کاهش دادند. بیشترین غلظت کلروفیل a و b و کاروتنوئید رقم آزادی در شرایط کمبود روی از تیمار، تلقیح انفرادی باکتری سودوموناس بدست آمد که از نظر آماری با تیمار تلقیح انفرادی قارچ P. indica و نیز تیمار تلقیح همزمان قارچ P. indica و باکتری سودوموناس در یک گروه قرار گرفت. درحالی که بیشترین غلظت کلروفیل a و b و کاروتنوئید رقم نیک نژاد در شرایط کمبود روی، مربوط به تلقیح انفرادی قارچ P. indica و تلقیح همزمان قارچ P. indica و باکتری سودوموناس بود. تلقیح انفرادی باکتری ازتوباکتر در شرایط کمبود و کفایت روی موجب کاهش غلظت کلروفیل a و b و کاروتنوئید رقم نیک نژاد شد. تلقیح انفرادی باکتری های ازتوباکتر و سودوموناس نقش مهمی در تحریک فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدان آسکوربات پراکسیداز و پراکسیداز ارقام گندم در پاسخ به تنش کمبود روی ایفا کردند. اما، تلقیح انفرادی قارچ P. indica فقط در افزایش فعالیت آنزیم های آسکوربات پراکسیداز و پراکسیداز به ترتیب در ارقام آزادی و نیک نژاد موفق عمل کرد. فعالیت آنزیم کاتالاز رقم نیک نژاد در شرایط کمبود روی، تحت تأثیر تلقیح میکروبی قرار نگرفت. به طور کلی تلقیح گیاه گندم با باکتری های ریزوسفری محرک رشد می تواند به عنوان روشی مفید جهت کاهش اثرات مضر تنش کمبود روی، در رقم حساس به کمبود این عنصر استفاده شود. کلمات کلیدی : کمبود روی، گندم، Pseudomonas putida ، Azotobacter chroococcum و Piriformospora indica