تأثیر همزیستی قارچ Piriformospora indica بر سیستم ریشه ای گیاه ذرت و کیفیت خاک آلوده به مواد نفتی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Plant-based method or phytoremediation is a promising way for cleaning petroleum-contaminated soil and plant symbiosis endophytes can further enhance its potential. Degradation of hydrophobic petroleum compounds may improve water adsorption and holding capacity in such soils. On the other hand, soil contamination with petroleum hydrocarbons can severely inhibit plant root growth, and consequently limit the efficacy of phytoremediation. There is little information regarding the effects of phytoremediation on hydraulic properties and quality indices of petroleum-contaminated soils. Also, information have been found regarding the effects of petroleum contaminants on root development and distribution, particularly when plant with an endophytic fungus is involved. Thus, we performed these experiments to investigate the effect of different patterns and distribution of petroleum contaminants in soil on the root growth and distribution of maize ( Zea mays L.) and elimination of the contaminants in the presence of Piriformospora indica . The quality indices of petroleum-contaminated soil was also evaluated as affected by rhizodegradation. The results showed that plant roots could strongly increase the counts of total and petroleum-degrading soil bacteria, microbial respiration, dehydrogenase activity, water-soluble phenols and petroleum degradation. All these effects were also found in the soil adjacent to the maize roots, but strongly decreased further away from them. Inoculation with P. indica further enhanced all the recorded parameters. Inoculated plants also produced around 40% more root and shoot biomass than non-inoculated plants and had greener leaves. The results also showed that maize can be used to accelerate the rhizodegradation of petroleum hydrocarbons in soil and that inoculation with P. indica can substantially enhance the phytoremediation performance of maize. The total degradation of petroleum hydrocarbons was 35–40% of the initial TPH concentration in the soil adjacent to the roots of non-inoculated plants and to even 50% in those of inoculated plants. Although the length, surface area, volume and depth of maize roots have been inhibited in the presence of petroleum contamination but inoculation of plant with P. indica increased these parameters. The behavior of water adsorption and retention in soil changed as affected by rhizodegradation of petroleum contaminants. The water repellency and surface fractal dimension of soil have been decreased with decreasing total petroleum hydrocarbons (TPH) in soil. Elimination of petroleum compounds in root compartment of both inoculated and non-inoculated treatments could also improve the physical quality of soil from poor category to very good. Keywords: Root development, Rhizobox, WinRhizo, Neutron radiography, Endophyte, Piriformospora indica , Lignification.

گیاه پالایی با توجه به پیامدهای جانبی کمی که بر محیط زیست دارد، به عنوان یک روش دوستدار طبیعت محسوب می شود. مهم ترین فرایندهای تأثیرگذار در کاهش و حذف هیدروکربن ها از خاک در گیاه پالایی، وابسته به حضور ریشه هستند. ریشه ها با تغییر دادن ویژگی های خاک باعث بهبود شرایط رشد ریزجانداران می شوند و از طرفی حضور ریشه در خاک باعث بهبود شرایط تهویه و تسریع در فرایند گیاه پالایی می گردد. گیاه پالایی خاک های آلوده به مواد نفتی با تجزیه هیدروکربن های آب گریزی که سطح ذرات خاک را پوشانده اند، مقدار جذب و نگهداشت آب در خاک و دیگر ویژگی های هیدرولیکی و کیفیت خاک را تحت تأثیر قرار می دهد. تاکنون پژوهشی در خصوص تأثیر قارچ اندوفیت Piriformospora indica ، در بحث گیاه پالایی خاک های آلوده به مواد نفتی انجام نشده است. بنابراین پژوهش حاضر به بررسی حضور مستقیم ریشه گیاه ذرت تلقیح شده با قارچ P. indica بر حذف آلاینده های نفتی و فعالیت های میکروبیولوژیک و نیز بررسی شاخص کیفیت فیزیکی (شاخص S) و آب گریزی خاک آلوده به مواد نفتی انجام گرفت. در این پژوهش همچنین به بررسی تأثیر قارچ اندوفیت بر رشد و توسعه سیستم ریشه ای این گیاه در حضور توزیع متفاوت لایه های آلوده به مواد نفتی پرداخته شد. برای اجرای مطالعه اول و دوم از یک سیستم ریزوباکس چهار بخشی با فاصله از ریشه استفاده گردید. کشت گیاه در بخش مرکزی این ریزوباکس انجام شد و پس از گذشت 64 روز، تأثیر تلقیح بر رشد گیاه و ویژگی های میکروبیولوژیک و هیدرولیکی خاک مورد بررسی قرار گرفت. دو مطالعه دیگر که به بررسی تأثیر تلقیح قارچ اندوفیت P. indica بر رشد و توسعه ریشه توجه داشت با استفاده از سیستم ریزوترون و نیز روش رادیوگرافی نوترونی انجام شد. نتایج این پژوهش نشان داد که حضور قارچ اندوفیت موجب افزایش عملکرد ریشه و اندام هوایی گیاه ذرت شده و همچنین ارتفاع گیاه و سبزینگی آن در گیاهان دارای اندوفیت بیشتر از گیاهان بدون اندوفیت بود. ویژگی های زیستی خاک مانند جمعیت باکتریایی و آنزیم دهیدروژناز خاک باکشت گیاه (در هر دو تیمار با و بدون اندوفیت) افزایش معنی داری در مقایسه با تیمار شاهد (بدون کشت گیاه) نشان داد. بهبود شرایط بیولوژیک خاک با افزایش تجزیه هیدروکربن های خاک، موجب کاهش مواد نفتی در خاک شد، که این موضوع در نواحی نزدیک به ریشه بیشتر از خاک توده مشاهده شد. به گونه ای که در پایان آزمایش درصد کل هیدروکربن های تجزیه شده در خاک ریزوسفری در مقایسه با مقدار اولیه آن، در تیمارهای تلقیح شده و بدون تلقیح به ترتیب حدود 50 و 40 درصد بود، حال آنکه این مقادیر برای خاک توده به ترتیب حدود 30 و 25 درصد بود. شرایط کیفیت فیزیکی در نگهداشت رطوبت و نیز آب گریزی خاک بهبود پیدا کرده و توان خاک برای نگهداشت آب در محدوده ی قابل دسترس گیاه افزایش یافت. نتایج همچنین نشان داد که حضور آلاینده های نفتی در مسیر توسعه ریشه، کاهش رشد و توسعه ریشه گیاه ذرت را در پی داشت، اما تلقیح این گیاه با قارچ موجب کاهش اثر منفی حضور تنش های نفتی در خاک شد. طول، عمق توسعه، سطح و حجم ریشه گیاه در تیمارهای تلقیح شده با قارچ بیشتر از تیمارهای بدون تلقیح بود. به دلیل بافت خاک که توانایی نگهداشت آب بالایی داشت و از طرفی به دلیل ریز بودن حجم زیادی از ریشه های گیاه ذرت، روش عکس برداری نوترونی در پژوهش حاضر برای بررسی توسعه ریشه های این گیاه چندان موفقیت آمیز و مناسب نبود. همچنین نتایج نشان داد که حضور آلاینده های نفتی و همچنین تلقیح گیاه ذرت با قارچ، باعث افزایش فرایند لیگنینی شدن سلول های ریشه گیاه به عنوان یک راهکار دفاعی در برابر تنش های نفتی شده بود. به طور کلی نتایج نشان داد که فعالیت میکروبیولوژیک خاک با کشت ذرت افزایش یافت و همزیستی گیاه با قارچ P. indica موجب افزایش معنی دار برخی از این شاخص های زیستی شد. همچنین حضور قارچ مورد مطالعه همراه با گیاه ضمن بهبود کیفیت خاک موجب بهبود رشد و توسعه ریشه های این گیاه شد و توسعه ریشه ها در تیمارهای همزیست با قارچ بهتر بود.