تاثیر قارچ های اندوفایت بر استخراج گیاهی روی از خاک

STUDENT

DEGREE

YEAR

Soil pollution is an important environmental problem which effects human and food health. Therefore, it has been attracted considerable public attention over the last decades. Remediation of contaminated soils in particular with heavy metals is one of the most important issues. Phytoremediation (the use of plants and their associated microorganisms to remediate a site) is an in situ, solar powered remediation technology that requires minimal site disturbance and maintenance resulting in a low cost and a high public acceptance. Mycorrhiza remediation is a new approach for enhancing phytoremediation, especially phytoextraction, using fungi and plants symbiosis. Neotyphodium endophytes are a group of fungi which stay their entire life cycle within the aerial portion of many grass species without any symptoms, and increase host tolerance to biotic and abiotic stresses, for example, increasing plant tolerance to thermal soils, soil salinity, microbial diseases, insect, pests, improve plant growth and mineral uptake. In this study, the effects of two genotypes of Festuca arundinacea (75B and 75C) (clones and seeds) and a population of Lolium perenne, endophyte infected (EI) and endophyte free (EF) by endophytic fungi ( Neotyphodium sp.) on zinc tolerance was investigated. The plants were grown in an artificially Zn contaminated soil at 200, 400, 800, 1800 mg Zn kg -1 . The grasses were grown in the soil for 5 months in a greenhouse at Isfahan University of technology. At the end of experiment, biomass of roots and shoots of grasses, photosystem II fluorescence transient, the mineral content (Zn, Mg, Mn, Ca, Cd, Cu, Fe, K, Na and P) in leafs, roots and soil were determined. The result demonstrated that endophyte- infected festuca contained 34% and 38% more dry roots and tillers number, than endophyt - free festuca respectively. Zinc concentration in roots and shoots uptake were 35% and 20% greater in endophyte- infected clones compared to endophyte - free plants. Zinc concentration and uptake in seed and clones of festuca in EI plants were also significantly more than EF plants. Dry shoot weight and tillers numbers were significantly greater in second cut of lolium compared to first cut. Tillers number were also greater than in EI lolium but dry shoot weight in EI lolium was 33% less than EF ones. Zinc root uptake in EF population was (33%) greater than EI grasses, but shoot Zn uptake in endophyte - infected population were significantly (20%) more than endophyte- free population. Endophyte infected festuca (esp., clones and genotype 75B) had higher potential to uptake Zn and accumulate it in root and shoot and also higher biomass production. Transfer index of Zn in endophyte - infected festuca clones was 20% more than EF; bioaccumulation factor in EI was also two times higher than EF festuca. Our results show that by populating the rhizosphere with selected microorganisms during the phytoextraction, enhanced Zn uptake of grasses, plant biomass, and zinc transfer from roots to shoots and from soil to roots. By using endophyte- infected festuca it is possible to reduce pollution of contaminated soil such as soil around mines. Key words : Endophyte, Phytoextraction, zinc

آلودگی خاک به فلزات سنگین از مهم ترین مسائل زیست محیطی است که بر سلامت محصولات کشاورزی و در نتیجه انسان تاثیرات سوء گذاشته است. به همین دلیل روش های حذف آلاینده ها در دهه های اخیر به یکی از مهم ترین موضوعات زیست محیطی تبدیل شده است. روش های کنونی حذف آلاینده ها از خاک بسیار پر هزینه و زمانبر است و اثرات جانبی بسیار دارند به همین دلیل در سال های اخیر روش های زیستی آلودگی زدایی به ویژه گیاه پالایی مورد توجه قرار گرفته است. از جدیدترین راهکارها برای افزایش کارایی گیاه پالایی به ویژه استخراج گیاهی، استفاده از روابط همزیستی ریزجانداران با گیاهان است. قارچ اندوفایت به طور همزیست در اندام هوایی برخی گیاهان علفی وجود دارند و باعث افزایش مقاومت به تنش های مختلف می شود. گیاهان دارای اندوفایت تحمل بیش تر به خشکی، شوری، حشرات، آفات و بیماری ها دارند. گیاهان پوششی دارای اندوفایت به طور مستقیم یا غیر مستقیم بر جذب عناصر غذایی و کاهش و یا جلوگیری از ایجاد شرایط تنش نیز اثر گذار هستند. در این پژوهش، کارایی پاکسازی عنصر روی در خاک توسط دو ژنوتیپ گیاه فسکیوی بلند ( Festuca arundinacea ) (بذر و کلون) و لولیوم ( Lolium perenne ) با و بدون قارچ اندوفایت Neotyphodium بررسی شد . به تعداد مساوی پنجه از گیاهان در خاک حاوی 200، 400، 800، 1800 میلی گرم روی بر کیلوگرم خاک به مدت 5 ماه به صورت جداگانه در گلخانه دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان کشت شدند. در پایان آزمایش، وزن خشک ریشه اندام هوایی و ریشه، فلورسانس فتوسیستمII، غلظت روی، مس، کلسیم، منیزیم، منگنز، آهن، سدیم، پتاسیم و فسفر در ریشه، اندام هوایی و خاک اندازه گیری شد. قارچ های اندوفایت به ترتیب باعث 34% و 38% افزایش وزن خشک و تعداد پنجه ریشه در کلون های فسکیوی بلند دارای قارچ (EI) نسبت به گیاهان بدون قارچ (EF) شدند(01/0(p . اما قارچ های اندوفایت تاثیر معنی داری بر وزن خشک اندام هوایی فستوکا نگذاشتند. جذب روی در ریشه فستوکای EI (01/0p ) 35% بیشتر و اندام هوایی(05/0p ) 20% بیش از روی جذب شده در ریشه و اندام هوایی فستوکای EF، بود(01/0p ). تاثیر اندوفایت بر غلظت و جذب روی در فستوکای کلونی و بذر تقریباَ روند مشابهی نشان داد و گرچه غلظت روی در ریشه فستوکای بذریEI معنی دار نشد، اما بیش از EF بود و غلظت در اندام هوایی فستوکای بذری نیز در EI 27% بیش از غلظت روی در گیاهان EF بود و این تفاوت معنی دار بود. وزن خشک اندام هوایی و تعداد پنجه در چین دوم به طور معنی دار بیش از چین اول بود. تعداد پنجه در جمعیت دارای اندوفایت بیش از جمعیت بدون قارچ بود، اما وزن خشک در جمعیت EI 33% و به طور معنی دار کمتر از جمعیت EF بود. روی جذب شده توسط ریشه جمعیت EF 24% بیش از جمعیت EI بود. جذب روی توسط اندام هوایی لولیوم در گیاهان دارای قارچ اندوفایت (20%) به طور معنی داری بیش از جذب این عنصر توسط اندام هوایی گیاهان بدون قارچ بود. وجود قارچ اندوفایت در کلون های فسکیوی بلند (به ویژه ژتوتیپ B75) باعث افزایش کارایی استخراج گیاهی از طریق افزایش زیست توده بیش تر، افزایش جذب عنصر روی در بافت ها و نیز افزایش تحمل گیاه به تنش این عنصر گردید. به طور کلی با توجه به تحمل بیشتر فستوکای دارای اندوفایت به غلظت های بالای روی و انتقال روی از خاک به ریشه و از ریشه به اندام هوایی، استفاده از فستوکا برای پاکسازی خاک هایی با آلودگی متوسط به روی، مانند خاک اطراف معادن، می تواند موثر باشد. فاکتورتجمع زیستی در فستوکای دارای اندوفایت تقریباَ دو برابر کلون های بدون اندوفایت، همچنین شاخص انتقال روی در EI حدود 20% بیش از EF بود که این موارد از موارد مهم در استخراج گیاهی فلز سنگین تلقی می شوند و می توان گفت وجود این قارچ ها در گیاه فستوکای کلونی می تواند موجب افزایش کارایی استخراج گیاهی از طریق افزایش زیست توده، افزایش جذب عنصر روی در بافت ها و نیز افزایش تحمل گیاه به تنش این عنصر گردد. کلمات کلیدی: اندوفایت، استخراج گیاهی، روی