SUPERVISOR
محسن سلیمانی امین آبادی (استاد مشاور) نعمت اله اعتمادی شلمزاری (استاد راهنما) علی نیک بخت (استاد راهنما) فرهاد رجالی (استاد مشاور)
STUDENT
Hamed Alipour
حامد عالی پورامرائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
TITLE
The role of water deficit, cadmium pollution and fuel pollutants on the decline of Arizona cypress (Cupressus arizonica G.) and improving effect of mycorrhizal fungi and Pseudomonas flourescens
Arizona cypress is a major urban landscape tree many of which have declined in the recent years. Although the cause for this decline is complicated, drought, heavy toxic metals such as cadmium and air pollution are generally thought to be leading factor. This research was conducted in three different studies. In the first study, we designed an experiment to investigate the effects of artificial inoculation of seedlings of a major urban forest tree, Arizona cypress ( Cupressus arizonica Green) with beneficial microorganisms under the water stress. The results clearly showed that SWD adversely affected root colonization, morphological parameters, relative water content, and soluble carbohydrate content. However, antioxidant enzyme contents (i.e. catalase, superoxide dismutase, glutathione peroxidase, ascorbate peroxidase), hydrogen peroxide, malondialdehyde, and proline increased as a result of water stress. Dual-inoculated plants with both AMF and PF inoculation accumulated more ascorbate peroxidase and glutathione peroxidase than plants with merely PF or AMF inoculation under SWD conditions. Dual-inoculated plants significantly decreased the water deficit-induced hydrogen peroxide and malondialdehyde in Arizona cypress leaves. Both AMF and PF inoculation positively improved plant biomass compared with control under different irrigation regimes. Moreover, AMF inoculation improved GRSP concentrations by 24% but, it was not statistically significant. Nutrient uptake was negatively affected by WD, especially in control plants. Both AMF and PF inoculation increased nutrient uptake (except for zinc) compared with control. In conclusion, the symbiotic association between PF and AMF can alleviate water-deficit damage and improve water stress tolerance in the Arizona cypress. In the second study, we conducted an experiment as a factorial experiment based on a completely randomized design with three factors comprising AMF inoculation [( R. irregularis or F. mosseae or a mixture of both species, or non-inoculated controls (Non-AMF)], bacterial inoculation ( P. fluorescens or non-inoculated), and five levels of cadmium (0 or 5 or 10 or 15 or 20 mg kg-1) using three replications on Arizona cypress. Based on the results of this study, Arizona cypress growth was clearly decreased when exposed to the high levels of cadmium (Cd) contamination (15 and 20 mg kg-1). However, dual inoculated plants grown under the highest levels of Cd contamination, showed increased photosynthetic pigment concentrations and elevated superoxide dismutase and ascorbate peroxidase activities. Moreover, high levels of Cd contamination negatively influenced phosphorus uptake by the plants, especially in non-inoculated plants. Moreover, in AMF inoculated plants the accumulation of Cd was less, apparently as a result of AMF modification of the influx of Cd into the host plants. This was confirmed by reduced hydrogen peroxide and enhanced antioxidant enzyme activities compared to the non-AMF plants. In conclusion, Arizona cypress responded properly to AMF inoculation under Cd stress conditions, where PF found to be less effective. The third study, was designed to investigate the effects of artificial inoculation of seedlings of Arizona cypress with beneficial microorganisms under the stress of air pollution caused by exhaust emissions from fuel pollutants (FP). We conducted this research as a completely randomized design in a form of split-factorial with three factors comprising AMF inoculation with R. irregularis or F. mosseae or a mixture of both species, bacterial inoculation with P. fluorescens and non-inoculated controls, and two levels of FP (fuel pollutants and non-fuel pollutants) using three replications of each treatment. Fuel pollutants significantly reduced root colonization, shoot and root dry weight, nutrient concentrations (N, P, K, and Fe), GRSP, and chlorophyll concentration, while increasing proline content, enzyme activity, malondialdehyde, and hydrogen peroxide concentrations in Arizona cypress seedlings. Nevertheless, adverse effects of FP in the inoculated plants (especially AMF plants) were less than in the non-inoculated plants. Inoculations of AMF especially the mixture of both mycorrhizal species effectively alleviated the negative effects of FP on Arizona cypress seedlings. This promising effect was related to increased GRSP content in the media which improved concentrations of N, P, and Fe in plants, enhanced chlorophyll concentration, and elevated enzymatic antioxidants such as ascorbate peroxidase and glutathione peroxidase which resulted in increased dry mass of the plants under air pollution stress. Keywords Air pollution, Antioxidant Enzymes, Evergreen tree, Funneliformis mosseae , Glomalin, Heavy metal, Nutrients, Pseudomonas fluorescens , Rhizophagus irregularis , Water stress.
درختان موجود در فضای سبز همواره به علتهای مختلف شادابی خود را از دست داده و دچار زوال و یا خشکیدگی میشوند. ازجمله عواملی که میتواند بر زوال درختان تأثیر بگذارد میتوان به تنش خشکی، فلزات سنگین و آلودگی هوا اشاره کرد. به همین منظور این مطالعه در سه آزمایش مجزا و به منظور بررسی تأثیر تلقیح با قارچ های میکوریزا ( Rhizophagus irregularis و Funneliformis mosseae و ترکیب دو گونه) و باکتری محرک رشد Pseudomonas flourescens بر واکنش نهال سرو نقرهای به تنش کمآبیاری (تأمین رطوبت خاک در حد ظرفیت مزرعه به عنوان تیمار آبیاری کامل و 50 درصد ظرفیت زراعی به عنوان تیمار کمآبیاری) به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در سه تکرار (آزمایش اول)، تنش کادمیم (خاک زراعی بدون آلوده سازی و خاک آلوده به کادمیم در غلظتهای 5، 10، 15 و 20 میلیگرم در کیلوگرم) به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در سه تکرار (آزمایش دوم) و آلایندههای سوختی (اعمال و عدم اعمال تیمار آلودگی) به صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی در سه تکرار (آزمایش سوم) اجرا گردید. در آزمایش اول برهمکنش قارچ، باکتری و کمآبیاری بر غلظت فسفر و آهن، درصد نشت یونی، محتوای پرولین و وزن خشک اندام هوایی معنیدار بود. در اثر کمآبیاری در غالب تیمارها میزان آغشتگی میکوریزایی (39%)، غلظت عناصر فسفر (33%)، پتاسیم (16%) و آهن (25%)، محتوای نسبی آب (%25)، محتوای کلروفیل (76%)، ارتفاع (29%)، وزن خشک اندام هوایی (41%) و سلامت ظاهری (35%) نهال سرو نقرهای کاهش و درصد نشت یونی (36%) و محتوای پرولین (122%) افزایش یافت. بهطورکلی، تلقیح با قارچ میکوریزا موجب افزایش غلظت فسفر و آهن، محتوای نسبی آب، کارایی مصرف آب، محتوای کلروفیل، ارتفاع، وزن خشک اندام هوایی و کاهش نشت یونی و محتوای پرولین و به دنبال آن بهبود وضعیت ظاهری و شادابی گیاه گردید. حضور باکتری سودوموناس بهتنهایی نقش چندانی در بهبود رشد گیاهان در شرایط تنش آبی نداشت، اما در تعامل با قارچ میکوریزا اثرهای مثبت آن نمایان شد. در آزمایش دوم با افزایش غلظت کادمیم در غالب تیمارها میزان آغشتگی میکوریزایی، میزان گلومالین، غلظت عناصر فسفر، پتاسیم و آهن، ارتفاع، وزن خشک اندام هوایی و سلامت ظاهری گیاهان کاهش و درصد نشت یونی و محتوای پرولین افزایش یافت. در واقع، رشد نهال سرو نقرهای زمانی که با غلظت های بالای کادمیم (15 و 20 میلیگرم در کیلوگرم) مواجه شد کاهش قابل ملاحظهای داشت. در غلظتهای بالای کادمیم، تلقیح گیاهان با میکوریزا موجب کاهش غلظت مالون دیالدهید و پراکسید هیدروژن و افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی شد. همچنین تلقیح دوگانه میکوریزا و سودوموناس در شرایط آلودگی کادمیم موجب بهبود غلظت پتاسیم و آهن، محتوای کلروفیل و کارتنوئید، ارتفاع و سلامت ظاهری نهال سرو نقرهای شد. در آزمایش سوم اثرهای تلقیح دوگانه بر پاسخ به آلایندههای سوختی در رشد و تغذیه سرو نقرهای مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که آلایندههای سوختی به طور معنیداری باعث کاهش آغشتگی ریشه، وزن خشک ریشه، غلظت عناصر غذایی (نیتروژن، فسفر، پتاسیم و آهن)، میزان گلومالین و محتوای کلروفیل شد، اما موجب افزایش محتوای پرولین، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی، غلظت مالون دی آلدهید و پراکسید هیدروژن شد. با این وجود، اثرهای نامطلوب آلایندههای سوختی در گیاهان تلقیح شده با میکروارگانیسمها (بخصوص قارچ میکوریزا) کمتر از گیاهان شاهد بود. در واقع، قارچهای میکوریزا (به ویژه مخلوط هر دو گونه) با افزایش میزان گلومالین، وزن خشک، غلظت عناصر، محتوای کلروفیل و آنزیمهای آنتیاکسیدان (به ویژه آسکوربات پراکسیداز و گایاکول پراکسیداز) با کاهش غلظت پراکسید هیدروژن و مالون دی آلدهید، در نهالهای سرو نقرهای اثرهای آلایندههای سوختی را کاهش داد. مقایسه بین سه تنش اعمال شده نشان داد که تنش خشکی بیشترین اثر منفی را بر روی سلامت ظاهری نهال سرو نقرهای دارد. به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که تلقیح نهال سرو نقرهای با ترکیب قارچ میکوریزا و باکتری سودوموناس میتواند اثر مثبتی بر رشد و بقای این گونه درختی در شرایط تنش خشکی، غلظت بالای کادمیم و آلودگی هوا داشته باشد، لذا به نظر میرسد که کاربرد این میکروارگانیسمها در مناطق خشک و صنعتی میتواند به عنوان یک راهکار نوین در جهت جلوگیری از کاهش رشد و زوال درختان موجود در فضای سبز مورد استفاده قرار گیرد. کلمات کلیدی : آلودگی هوا، باکتری محرک رشد، تنش آبی، درختان سوزنیبرگ، فضای سبز، فلزات سنگین، میکروارگانیسمهای مفید، همزیستی