SUPERVISOR
Farshid Noorbakhsh,Mehran Shirvani,Majid Talebi
فرشید نوربخش (استاد راهنما) مهران شیروانی جوزدانی (استاد راهنما) مجید طالبی (استاد مشاور)
STUDENT
Zahra Yahaghi
زهرا یاحقی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390
TITLE
Isolation and characterization of metal-solubilizing bacteria from contaminated soils and their bioaugmaentation effects on phytoavailability of zinc and lead
The aim of this study was to isolate and characterize lead (Pb)- and Zinc (Zn)-solubilizing bacteria by plant growth promoting characteristics, as well as heavy metal tolerance from heavy metal-contaminated mine soils and to evaluate their inoculation effects on growth and Pb and Zn absorption of plant. Only Small fraction of isolated bacterial strains were able to dissolve the sparingly soluble Pb and Zn minerals. Based on 16S rDNA gene sequence analysis, most of the isolated strains belonged to Bacillus genera. A majority solubilizing strains were able to produce indole acetic acid and siderophores and displayed tolerance to different heavy metals. In a study conducted in agar medium, Bacillus cereus YSP4 and Bacillus filamentosus YSP110 were the most effective bacterial strains in stimulating alfalfa seedlings growth and heavy metal accumulation in a Zn- and Pb- contaminated medium, respectively. In the experiment conducted on contaminated soil by inoculation of corn and Indian mustard with selected Pb- and Zn-solubilizing strains, demonstrated that the effect of bacteria on plant growth is depend on plant type. In addition, selected Pb- solubilizing bacteria and the consortium of two Zn-solubilizing bacteria were more efficient in enhancing Pb and Zn concentration in plant, respectively. Moreover, the result of this study showed that bacterial inoculation by Brevibacterium frigoritolerans YSP40 is more capable to enhance growth as well as Pb concentration of corn shoot in the presence of PbCO 3 - and PbO-supplemented sand medium. In the sand culture supplemented by sparingly solubilize Zn compound, bacterial inoculation was also efficient in enhancing plant growth and Zn concentration in shoot of corn. Therefore, the bacterial strains isolated in this study are promising candidates to develop novel microbe-assisted phytoremediation strategies for metal-contaminated soils. Key Words Bacillus , Soil contamination, Indian mustard, Corn, Heavy metal, Phytoextraction, Siderophore.
آلودگی خاک با فلزات سنگین امروزه به یک معضل بزرگ تبدیل و سلامت بشر و سایر جانداران را به مخاطره انداخته است. از میان روش های پاکسازی خاک های آلوده به فلزات سنگین، گیاه پالایی به دلیل عدم آسیب به محیط زیست، هزینه کم و کارایی مناسب مورد توجه قرار گرفته است. به منظور بهبود کارایی این روش در خاک های قلیایی، افزایش قابلیت استفاده فلزات سنگین در خاک و تحریک رشد گیاه ضروری است. زیست افزایی باکتری های محلول کننده فلزات که دارای خصوصیات افزاینده رشد گیاه نیز باشند، می تواند در رسیدن به این هدف کارساز باشد. لذا مطالعه حاضر به منظور جداسازی و شناسایی باکتری های محلول کننده سرب و روی از خاک های آلوده معدنی و تأثیر تلقیح آن ها بر رشد و جذب سرب و روی توسط گیاه انجام گرفت. این سویه ها هم چنین از نظر خصوصیات تحریک کنندگی رشد گیاه و مقاومت به فلزات سنگین و شوری مورد بررسی قرار گرفتند. از میان 171 باکتری مقاوم به سرب و روی جدا شده از این خاک ها، فقط 15 سویه باکتری دارای توانایی محلول سازی اکسید و یا کربنات سرب در محیط کشت جامد و مایع بودند. بر اساس تعیین توالی ژن 16S rDNA بیشتر باکتری های محلول کننده سرب به جنس های Bacillus ، Paenibacillus ، Brevibacterium و Staphylococcus تعلق داشتند. هم چنین، از میان باکتری های جداسازی شده، تنها 10 سویه دارای توانایی محلول سازی نمک های کم محلول روی شامل اکسید و کربنات روی در محیط کشت جامد بودند. اما از میان آن ها هفت سویه توانایی محلول سازی روی در محیط کشت مایع حاوی نمک های کم محلول این فلز را دارا بودند. باکتری های محلول کننده روی به جنس های Bacillus ، Paenibacillus ، Brevibacterium ، Staphylococcu s و Klebsiella تعلق داشتند. اغلب باکتری های محلول کننده سرب و روی دارای توانایی تولید ایندول استیک اسید در محیط کشت حاوی ال- تریپتوفان بودند. ده سویه از محلول کنندگان سرب و تقریبا تمام سویه های محلول کننده روی توانایی تولید سیدروفر در مقادیر مختلف را داشتند. اما تعداد کمی از سویه ها دارای توانایی محلول سازی فسفات بودند. تمامی باکتری های شناسایی شده محلول کننده فلزات قادر به رشد در محدوده وسیعی از پ هاش (5/5 تا 5/10) بودند. باکتری های حل کننده سرب حداقل غلظت 3 درصد نمک و محلول کننده گان روی حداقل غلظت 8 درصد نمک را تحمل کردند. در یک مطالعه گلخانه ای تأثیر تلقیح باکتری ها بر رشد و جذب فلزات گیاه ذرت در بستر شن حاوی نمک های نامحلول روی و سرب بررسی و مشخص شد. نوع نمک و سطح فلز به کار رفته بر میزان تأثیر باکتری ها بر رشد گیاه و جذب فلزات توسط آن موثر است به گونه ای که در حضور نمک کربنات اثر تلقیح گیاه با باکتری ها در افزایش رشد گیاه بیشتر از اکسید سرب بود. همچنین، در حضور هر یک از دو نمک کم محلول کربنات و اکسید، سویه های متفاوتی بهترین عملکرد را در افزایش جذب فلزات توسط گیاه نشان دادند. در آزمایش گلخانه ای با استفاده از بستر خاک آلوده طبیعی به فلزات روی و سرب، زیست افزایی سویه های B. frigoritolerans YSP40، B. paralicheniformis YSP151 و . pabuli YSP148سبب افزایش شاخص های رشد گیاهان ذرت و خردل هندی شد. اما باکتری B. tequilensis YSP3 تنها بر گیاه ذرت اثر مثبت داشت. به علاوه، تلقیح باکتری ها سبب افزایش جذب فلزات توسط گیاهان از خاک آلوده گردید. از بین تیمارهای باکتری مورد استفاده بیشترین تأثیر بر جذب سرب در گیاه ذرت با تلقیح باکتری YSP151 و در گیاه خردل هندی با تلقیح باکتریYSP40 ایجاد گردید. در ارتباط با میزان روی جذب شده در گیاه ذرت، بیشترین مقدار در اثر تیمار با باکتری YSP3+YSP148 و در گیاه خردل هندی در اثر تیمار با باکتری های YSP40، YSP151 و YSP3 مشاهده شد. همچنین زیست افزایی مخلوط سویه های محلول کننده روی (YSP3+YSP148) و سویه YSP148 به ترتیب سبب افزایش وزن خشک اندام هوایی گیاهان ذرت گیاه و گوجه فرنگی شد. تلقیح این گیاهان با باکتری های محلول کننده روی همچنین سبب افزایش جذب روی و در برخی تیمارها آهن، مس و یا منگنز شد، که در این زمینه مخلوط باکتری ها و تیماربا باکتری YSP148 توانایی بیشتری در بهبود وضعیت تغذیه ای گیاه داشتند. در مطالعه صورت گرفته در محیط کشت آگار حاوی فلزات سنگین هفت سویه باکتریایی شناسایی شده به طور معنی داری سبب تحریک رشد ریشه و اندام هوایی گیاهچه یونجه در حضور سرب شدند که از بین آنها مؤثرترین سویه B. filamentosus YSP110 بود و تلقیح یونجه با این باکتری در محیط کشت ورمیکولایت علاوه بر تحریک رشد گیاه سبب افزایش تجمع سرب در ریشه و اندام هوایی گردید. در حضور مقادیر سمی روی، باکتری B. cereus YSP4 مؤثرترین سویه در افزایش رشد ریشه و اندام هوایی یونجه بود و تلقیح بذر یونجه با این باکتری سبب افزایش تجمع روی در ریشه و اندام هوایی یونجه شد. با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق تلقیح سویه های جدا شده از خاک های اطراف معادن که دارای قابلیت همزمان تحریک رشد گیاه و افزایش محلولیت فلزات در خاک های آهکی هستند به عنوان راهکار مناسب برای افزایش کارایی گیاه پالایی خاک های آلوده و یا غنی سازی زیستی فلزات در محصولات زراعی پیشنهاد می شود. کلمات کلیدی : گیاه پالایی، زیست افزایی، سرب، روی، باکتری های محرک رشد گیاه، آلودگی خاک، غنی سازی زیستی