تنظیم جوامع میکروبی خاک با بررسی موردی بر روی گیاه خیار

منتشر شده در سه شنبه, 30 ارديبهشت 1399 13:21

استفاده بیش از حد کودهای شیمیایی اثرات منفی بر محیط زیست دارد. گسترش کشاورزی پایدار، تقاضای رو به رشد کودهای بیولوژیکی متشکل از میکروارگانیسم های زنده را به سمت خود معطوف می‌دارد. در این مطالعه، آکتینو باکتر Streptomyces lydicus M01 از خاک Pyrus calleryana جدا شد. این سویه به‌نحوی مؤثر رشد گیاه را تقویت کرده و یک عامل بیماری که روی میوه خیار تشکیل می‌شود را سرکوب می‌کند. طبق ادعای محققان این تحقیق، این اولین بررسی پیرامون استفاده از استرپتومایسس برای درمان اختلال برگ خیار و اثرات متعاقب ناشی از آن در جوامع میکروبی ریزوسفر خیار است.

آکتینو باکترها، شاخه‌ای از باکتری‌های گرم مثبت هستند که در DNA خود دارای گوانین و سیتوزین بالایی هستند. این گروه شامل تعداد زیادی از باکتری‌های بیماری‌زا و غیر بیماری‌زای موجود در آب، خاک و طبیعت مانند اکتینومیست‌ها، استرپتومیسس و نوکاردیاها هستند. برخی از این باکتری‌ها مانند اکتینومیست‌ها شباهت زیادی به قارچ‌ها دارند ولی عدم وجود هسته و مشاهده ترکیبات پپتیدوگلیکان، پروکاریوت بودن آن‌ها را تأیید می‌کند.

لازم به ذکر است که با استفاده از Streptomyces lydicus M01، ویژگی‌های ترویج رشد مانند انحلال فسفات، ترشح IAA و سایدروفور مشاهده شد. از طریق توالی Illumina ژن 16S rRNA و ژن ITS از میکروب‌های خاک؛ محققان در این تحقیق متوجه شدند که کاربرد S. lydicus M01 سبب غنی‌سازی ترکیبات مفید گونه‌های میکروبی می‌گردد. این غنی‌سازی توسط اضافه شدن گروه‌های جدید که از جنس باکتری و قارچ هستند انجام می‌شود. گونه‌های از نوع باکتری عبارت‌اند از Pseudarthrobacter و Sphingomonas و Rhodanobacter و Pseudomonas؛ و گونه‌های از نوع قارچ عبارت‌اند از Fusicolla و Humicola و Solicoccozyma و Paraphaeosphaeria.

اکثر این باکتری‌ها و یوکاریوت‌ها اثرات مثبتی در تقویت رشد دارند؛ از جمله تجمع مواد مغذی، ترش اکسین، کاهش تنش‌های غیرطبیعی، کنترل بیولوژیکی و تجمع بیولوژیکی. علاوه بر این، مطالعات پیرامون گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) و آنتی‌اکسیدان های برگ خیار نشان داد که درمان S. lydicus M01 باعث کاهش تجمع ROS و افزایش فعالیت‌های آنتی‌اکسیدان های مربوط به مهار ROS می‌شود؛ که در حقیقت نشان‌دهنده مقاومت در برابر بیماری خیارهای تحت تنش‌های بیوتیک است.

نتایج نشان‌دهنده آن است که استفاده از S. lydicus M01 می‌تواند بر روی سیستم متقابل میکروبیوم-گیاه اثر بگذارد. این روش، راه‌حلی پایدار و امیدوارکننده برای بهبود تولید محصولات کشاورزی به‌جای کودهای شیمیایی است.

منظور از باکتری مفید، ریزوباکتری‌های تقویت‌کننده گیاه است. این باکتری‌ها سبب رشد گیاه می‌شوند. گیاهان و ریزوسفرها، انواع سلول‌های میکروبی را در خود جای داده و میکروب‌های مرتبط با گیاه را می‌توان با توجه به تأثیرات آن‌ها بر رشد گیاهان، به گروه‌های مفید، مضر و بی‌طرف تقسیم کرد. کشاورزی پایدار، تقاضای رو به پیشرفت کودهای بیولوژیکی متشکل از میکروارگانیسم های زنده جایگزین برای مواد شیمیایی زراعی را به سمت خود می‌کشاند. کودهای شیمیایی سنتز شده از نیتروژن، فسفر و پتاسیم در مقادیر زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند تا بازده در انواع گیاهان زراعی افزایش یابد. در عین حال، استفاده بیش از حد آن‌ها بر محیط زیست تأثیر منفی می‌گذارد و باعث آلودگی خاک، آب و هوا می‌شود.

ریزوباکتری‌های تقویت‌دهنده رشد گیاه، به روش‌های مستقیم و غیرمستقیم بر رشد گیاه اثرگذار هستند. ترویج مستقیم رشد گیاه بوسیله PGPR، مستلزم تهیه ترکیب گیاه است که توسط باکتری سنتز می‌شود. افزایش غیر مستقیم رشد گیاه زمانی رخ می‌دهد که PGPR تأثیرات مضر ارگانیسم‌های فیتوپاتوژن یا مقاومت سیستمیک (ISR) ناشی از آن را کاهش می‌دهد.

استرپتومایسس دسته‌ای اصلی از گونه‌های phylum آکتینوباکتری هستند. این پروکاریوت‌های رشته‌ای در خاک مدام رشد می‌کنند و معمولاً در ریزوسفر یا درون ریشه‌های گیاه یافت می‌شوند. استرپتومایسس‌ها به‌عنوان منبعی غنی از متابولیت‌های ثانویه شناخته می‌شوند؛ آن‌ها بیش از دو-سوم آنتی‌بیوتیک های مفید بالینی با منشأ طبیعی را تولید می‌کنند و در صنایع پزشکی برجسته هستند.

کاربرد استرپتومایسس در کشاورزی عبارت است از:
1. عمدتاً به‌عنوان عامل کنترل زیستی کارایی دارد
2. چندین محصول کنترل زیستی از این گونه در حال حاضر در بازار موجود است
3. به جهت انعطاف‌پذیری بالایشان، کشف محصولات طبیعی هنوز هم در حال انجام است

شایان ذکر است که اثرات تقویت رشد گیاه Streptomyces به‌عنوان PGPR هنوز به‌صورت کافی مورد بررسی قرار نگرفته است. نتایج برخی از مطالعات حاکی از آن است که استرپتومایسس با تولید ایندول-3-استیک اسید (IAA)، سیدروفورها و 1-آمینوسیکلوپروپان-1-کربوکسیلات دامیناز (ACCD) باعث رشد گیاه شده و تا تنش موجود در گیاهان را کاهش دهد.

استرپتومایسس‌ها در ریزوسفر ساکن هستند و با سایر میکروارگانیسم های موجود در جامعه میکروبی ارتباط برقرار می‌کنند، اما اثرات آن‌ها در جامعه میکروبی خاک بسیار اندک است. خیار (.Cucumis sativus L) یکی از رایج‌ترین سبزیجات جهان است. بسیاری از مطالعات گزارش کرده‌اند که گونه‌هایی مانند Bacillus amyloliquefaciens و Pseudomonas spp بر جوامع میکروبی خاک مؤثر هستند. این در حالی است که، به‌عنوان یک منبع امیدوار کننده از عوامل کنترل‌کننده زیستی، چگونگی تأثیر استرپتومایسس بر جوامع میکروبی خاک در ریزوسفر خیار در دسترس نیست.

خرابی برگ ناشی از قارچ Alternaria alternata یک بیماری در شاخ و برگ انواع میوه‌ها و سبزیجات از جمله گلابی، خیار و هندوانه است. پاتوژن (عامل بیماری‌زا) زمانی حادث می‌شود که میوه‌ها به‌منظور سردسازی توسط تجهیزاتی سرما داده می‌شوند. سپس این اختلال نمود پیدا می‌کند و زمانی حاد می‌شود که در مرحله بازاریابی قرار دارد و در نتیجه ضررهای زیادی به‌همراه دارد.

در این مطالعه، یک Actinobacteria جدا شده از خاک ریزوسفر Callery pear که Pyrus calleryana نامیده می‌شود، مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان‌دهنده آن است که در مطالعه موردی جنگل Nanjing Laoshan اثر مهارکننده قوی در برابر A. alternata نشان می‌دهد.

طبق ژن 16S rRNA و آنالیز phylogenetic، سویه‌ای به نام S. lydicus M01شناسایی شد. محققان دریافتند که این سویه به‌طرز قابل‌توجهی رشد میوه خیار را بدون وجود پاتوژن آشکار گیاهی رشد می‌دهد. در این تحقیق، ساز و کارهای تقویت رشد از منظر تولید فیتوهورمون S. lydicus M01 و اثر آن بر جامعه میکروبی در ریزوسفر خیار مورد بررسی قرار گرفت.

علاوه بر این، کاهش بیماری‌های برگی ناشی از A. alternata روی خیارها نیز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین لازم به ذکر است که کاهش تجمع گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) و افزایش فعالیت آنتی‌اکسیداز موجود در برگ‌های خیار نشانگر اثرات غیرمستقیم S. lydicus M01 در رشد گیاه و بیماری است.

مواد و روش‌ها

در این قسمت، چکیده‌ای از مواد مورد استفاده در این تحقیق و نیز روش‌های استفاده شده می‌پردازیم. لازم به توضیح است که نمونه‌های خاک از تپه‌ای واقع در جنگل Laoshan در Nanjing کشور چین جمع‌آوری شد و برای آماده‌سازی خاک معلق، 5 گرم خاک با 45 میلی‌لیتر آب مقطر مخلوط شد و برای مدت‌زمان 30 دقیقه هم زده شد.

پس از انجام فعل و انفعالات شیمیایی که از ذکر آن می‌گذریم، DNA ژنومی M01 از سلول‌های رشد یافته در مایع کلسترول سیب‌زمینی (PDB) در دمای 28 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت با استفاده از کیت استخراج DNA ژنومی باکتریایی (تاکارا) طبق قوانین استاندارد استخراج شد.

اثرات مقابله کننده Streptomyces lydicus M01 علیه پاتوژن‌ها

فعالیت ضدقارچی M01 در برابر قارچ blight با استفاده از Petri dish مورد ارزیابی قرار گرفت. به‌طور خلاصه، S. lydicus M01 به مدت 14 روز در دمای 28 درجه سانتی‌گراد کشت شد. پاتوژن گیاه A. alternata در صفحات PDA در دمای 28 درجه سانتی‌گراد به مدت 4 روز کشت داده شد. صفحات مشتمل بر A. alternata ، در غیاب M01 به عنوان آزمایش کنترل انجام شد. تمام نمونه‌ها به مدت 3 روز در دمای 28 درجه سانتی‌گراد انکوبه شدند.

تعیین تولید سایدروفور، محلول‌سازی فسفات و ایندول-3-استیک اسید

در این قسمت، از Chrome-Azurol S که مختصراً آن را CAS می‌نامند، برای تعیین کیفیت تولید سایدروفور به‌صورت کیفی استفاده شد. پس از انجام ساز و کارهای آزمایشگاهی که توسط محققان انجام شده است و از توضیحش صرف‌نظر می‌شود، این گروه محققان اعلام داشتند که تغییر رنگ مخلوط پس از انکوباسیون، نشان‌دهنده حضور سایدروفورها بوده است.

طراحی آزمایشگاهی ظرف و نمونه‌برداری از خاک ریزوسفر

پس از تهیه بذرها، آن‌ها را در گلدان‌هایی پلاستیکی کاشتند که حاوی یک بستر مخلوط ورمیکولیت، خاک زغال و پرلیت با نسبت‌های مختلفی بود. پس از انجام فعالیت‌های لازمه، رشد نهال‌های خیار 21 روز پس از تلقیح مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه‌های خاک گیاهی از ریزوسفر از نهال‌های خیار برای کنترل توالی با توان بالا جمع‌آوری گردید. طول ساقه، طول ریشه و میزان رطوبت نهال‌های خیار اندازه‌گیری شد. به‌منظور اعمال دقت هرچه بیشتر بر تحقیق، هر آزمایش سه بار تکرار شد.

استخراج DNA خاک، تقویت PCR و توالی Illumina

به‌منظور بدست آوردن DNA ژنومی جامعه میکروبی از نمونه‌های خاک، از کیت DNA خاک به نام E.Z.N.A® استفاده شد.

رنگ‌آمیزی DAB و NBT

محتوای آب برگ‌های خیار، از نظر کیفی توسط رنگ‌آمیزی دیامینو بنزیدین (DAB) و O2- در برگ‌ها با رنگ‌آمیزی نیترو بلو تترازولیوم (NBT) تشخیص داده شد. برای ادامه، سه برگ جدا شد و مورد سنجش قرار گرفت.

سنجش آنتی اکسیدازها و غلظت MDA

در این بخش، غلظت مالون‌دی‌آلدئید (MDA) برگ‌های خیار با کمک روش‌هایی که پیش از این تا حدی شرح داده شد، اندازه‌گیری شد. فعالیت پراکسیداز (POD) در یک مخلوط واکنش اندازه‌گیری شد و تغییر جذب در 470 نانومتر اندازه‌گیری شد.

نتایج

در این قسمت، به تفصیل پیرامون نتایج حاصله از این تحقیق می‌پردازیم.

جداسازی و شناسایی پاتوژن مقاوم به Streptomyces lydicus M01

با مصرف مکمل سیکلوهگزیمید و نالیدکسیک اسید، شش جدایه-باکتری از خاک ریزوسفر Callery pear که مختصراً P. calleryana نامیده می‌شود، جدا شد. در بین سویه‌های جدا شده، M0 بالاترین فعالیت ضد قارچی را در برابر پاتوژن گیاهان برگ A. alternata نشان داد.

تأثیر S. lydicus M01 بر رشد نهال‌های خیار

در این بخش، اثرات تلقیح S. lydicus M01 در رشد گیاهان در میوه خیار بررسی شد. پس از 21 روز تلقیح، اثرات پیشروی رشد بر روی گیاهان خیار تحت تیمار 50 میلی‌لیتر M01 کشت معنی‌دار نبود. هنگامی که مقدار تلقیح به 100 میلی‌لیتر افزایش یافت؛ ارتفاع گیاه و وضعیت ریشه و تعداد برگ و گسترش نهال‌های خیار در مقایسه با CK به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافت.

افزایش بیشتر در میزان تلقیح، اثرات پیشروی رشد را کاهش داد. با تیمار 100 میلی‌لیتر کشتM01، طول شاخساره، طول ریشه و وزن مرطوب به ترتیب 18.71 و 26.53 و 49.74 درصد افزایش یافته است؛ در مقایسه با CK.

برای توصیف بخش تقویت‌کننده رشد گیاه S. lydicus M01؛ تولید IAA و پتانسیل حلالیت فسفات و تولید سایدروفور و فعالیت deaminase ACC تعیین شد. فعالیت ACC deaminase نیز از نظر کیفی مورد بررسی قرار گرفت. رشد موفقیت‌آمیز بر روی آگار MM همراه با ACC، فعالیت دامیناز ACC را نشان داد.

اثر S. lydicus M01 بر ترکیب جوامع میکروبی خاک

در این مطالعه، تجزیه و تحلیل مبتنی بر توالی Illumina از شش نمونه خاک ریزوسفر 289.648 توالی ژن 16S rRNA و 407.987 توالی ITS قارچی تولید شده است. تجزیه و تحلیل در برابر پایگاه داده 16S rRNA و پایگاه داده ITS نشان داد که 43 نمونه قارچ باکتریایی و 17 قارچ غالب در سطح جنس در نمونه ها از تیمارهای مختلف شناسایی شدند.

گونه‌های باکتریایی 43 مورد بود؛ شامل Pseudarthrobacter و Limnobacter و Sphingomonas و Pseudolabrys و Pseudomonas و Bradyrhizobium و Bryobacter و Rhodanobacter و Streptomyces و Nocardioides و Granulicella و Devosia و Gemmatimonas و Occallatibacter و Ramlibacter و Marmoricola و Massilia و Mesorhizobium و Lactobacillus؛ و 24 باکتری طبقه‌بندی نشده دیگر.

تجزیه و تحلیل فراوانی نسبی گونه‌های باکتریایی طبقه‌بندی شده نشان داد که تیمار S. lydicus M01 بر ترکیب باکتری و قارچ خاک در مقایسه با خاک بدون تیمار تأثیر دارد. گونه‌های قارچی شامل 5 قارچ دسته‌بندی نشده است و قارچ‌های دسته‌بندی شده Mortierella و Penicillium و Naganishia و Acephala و Ascobolus و Fusicolla و Humicola و Pseudogymnoascus و Solicoccozyma و Paraphaeosphaeria و Thelonectria و Fusarium .

گونه‌های Mortierella بخش عمده‌ای از کل جوامع را در کلیه نمونه‌ها اشغال کرده است و میزان فراوانی در نمونه‌های تیمار شده به طرز قابل‌توجهی افزایش یافت. به جز Mortierella، حضور غنی چندین گونه دیگر از جمله Solicoccozyma و Paraphaeosphaeria و Humicola و Fusicolla نیز مشاهده شد. در مقابل، فراوانی Fusarium و Ascobolus وThelonectria -که شامل گونه‌های احتمالی پاتوژن قارچی هستند- به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت.

کاهش بیماری‌های برگی Alternaria alternata توسط Streptomyces lydicus M01

از آن جا که استفاده از میکروب‌های خاکی برای ایجاد درمان‌های جوانه زده محصولات زراعی برای مبارزه با بیماری‌ها قابل بررسی است؛ در این تحقیق اثرات S. lydicus M01 بر بیماری برگی ناشی از A. alternata بررسی شد.

پس از تلقیح با A. alternata علائم بیماری روی گیاهان خیار از جمله برگ‌های زرد و پژمرده ظاهر شد. میزان بروز این بیماری به 25/80 درصد رسید. با این وجود، پیش‌درمانی با S. lydicus M01 به میزان قابل‌توجهی بیماری را کاهش می‌دهد؛ با زردی کمتر و پژمرده شدن برگ‌های خیار.

در مقایسه با نمونه شاهد، برنامه S. lydicus M01 میزان بروز بیماری را 52.4 درصد کاهش داد. فرض شد که ROS بخشی جدایی ناپذیر از پاسخ دفاعی گیاه است که در تعامل گیاهان با قارچ‌های بیماری‌ز‌ا نقش دارند.

در این مطالعه، تولید پراکسید هیدروژن در برگ توسط رنگ‌آمیزی DAB مورد بررسی قرار گرفت و تجمع سوپر اکسید توسط رنگ‌آمیزی NBT مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. برگ‌های گیاهان تحت درمان با A. alternata بیشترین رنگ قهوه‌ای را نسبت به شاهد و سایر تیمارها نشان داد. با این حال، برگ‌های گیاهان قبل از S. lydicus M01 رنگ قهوه‌ای کمتری پس از تقابل با پاتوژن‌ها نشان دادند.

به‌طور مشابه، رنگ‌آمیزی آبی در برگ‌های گیاهان تحت درمان با A. alternata مشاهده شد، اما پیش‌درمانی S. lydicus M01 به‌طور قابل‌توجهی شدت لکه را کاهش می‌دهد. محتوای مالون دی آلدئید به‌عنوان شاخصی از پراکسیداسیون غشایی چربی و آنزیم‌های مرتبط با استرس PPO وPOD وSOD معمولاً برای ارزیابی واکنش‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان به تنش‌های بیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در این تحقیق مشاهده شد که میزان MDA برگ‌های گیاه تحت درمان با A. alternata در مقایسه با شاهد به‌طور معنی داری افزایش یافت. افزایش قابل توجهی در فعالیت PPO در گیاهان تیمار شده با پاتوژن گیاه یافت شد، اما فعالیت بیشتری با پیش‌تیمار S. lydicus M01 حاصل شد.

روند مشابهی در تعیین فعالیت POD و SOD مشاهده شد. بیشترین فعالیت در گیاه تحت تیمار S. lydicus M01 و سپس پاتوژن گیاه مشاهده شد. مورد قابل‌توجه این است که افزایش فعالیت PPO در گیاهان تیمار شده توسط S. lydicus M01 بدون تهاجم پاتوژن گیاه مشاهده می‌شود.

بحث

در قرن گذشته، انقلاب سبز با استفاده گسترده از کودهای معدنی و سموم شیمیایی سنتز شده، عملکرد محصول را به میزان قابل‌توجهی بهبود بخشیده است. علیرغم مزایای این رویکرد که در زمانی مناسب جواب می‌دهد، این راهبرد در حفظ امنیت غذایی برای یک جمعیت رو به رشد به حد خود رسیده است.

راهکارهای جایگزین برای رشد و نمو گیاه و محافظت در برابر آفات با میکروب‌های خاک برای دستیابی به تغذیه و سرکوب بیماری همراه است. در میان باکتری‌ها و قارچ‌های مختلف ناشی از بخش کشاورزی، گونه‌هایی از جنس Streptomyces که در اکتشافات داروهای پزشکی برجسته شده است، بازیگران اصلی در این زمینه هستند.

با توجه به متابولیت‌های بی‌شماری که آن‌ها تولید می‌کنند، به‌عنوان عامل ممانعت‌زا از توسعه پاتوژن‌های میکروبی عمل می‌کنند. با وجود محبوبیت آن‌ها به عنوان عوامل کنترل کننده زیستی، درک عملکرد Streptomyces به‌عنوان کودهای بیولوژیکی -به‌خصوص تأثیر آن‌ها در جامعه میکروبی خاک- محدود است.

در مطالعه حاضر، S. lydicus M01 توزیع شده در خاک ریزوسفر Callery pear که مختصراً P. calleryana نامیده می‌شود جدا شد و شدت فعالیت خوبی از خود در برابر پاتوژن گیاه A. blinas نشان داد. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل ژنومی مقایسه‌ای نشان داد که سویه‌های Streptomyces از نزدیک با یکدیگر از تنوع بالایی در خوشه‌های ژن متابولیت ثانویه وجود دارند.

طبق آزمایش‌هایی که بر روی ظرف‌های کشت انجام شد، مشخص شد که استفاده از S. lydicus M01 در رشد گیاهچه خیار تأثیر مثبت داشت. در مقایسه با تیمار CK، ارتفاع گیاه، میزان رطوبت و وضعیت ریشه تحت همه شرایط مختلف افزایش یافت.

این نتیجه مطابق با مطالعه قبلی این گروه محققان است که S. lydicus M01 رشد نهال‌های خیار را در آزمایشات هیدروپونیک ارتقاء داد. این نتایج در ادغام با IAA و ACC desaminase و سیدوسفورها؛ نشان می‌دهند کهS. lydicus M01 پتانسیل تحریک رشد گیاه را دارد.

سپس ساز و کار از نظر تغییرات در جامعه میکروبی خاک پس از کاربرد S. lydicus M01 مورد بررسی قرار گرفت. برای به حداقل رساندن خطای ناشی از کشت میکروب، کلیه سیستم تعلیق سلولی مورد استفاده در تیمار از همان دسته و از مایع مغذی استریل با همان ترکیب به‌عنوان شاهد استفاده شد. بنابراین، تأثیر آن‌ها در جامعه میکروبی باید محدود و قابل چشم‌پوشی باشد.

تجزیه و تحلیل ترکیب و ساختار جامعه میکروبی نشان داد که فراوانی نسبی بالاتری از Pseudarthrobacter و Sphingomonas و Rhodanobacter و Pseudomonas و Bryobacter و Streptomyces؛ در خاک تحت درمان با S. lydicus M01 مشخص شد. گونه‌های Pseudarthrobacter قادر می‌باشند که غلظت‌های بالای آلاینده‌های زیست‌محیطی مانند 4-کلروفنول و phenanthrene را کنترل کنند.

گزارش‌ها نشان می‌دهند که Sphingomonas رشد گیاهان را از طریق تولید فیتوهورمون، تثبیت نیتروژن و پیشروی انعطاف‌پذیر رشد در ریشه‌ها تحریک می‌کند. علاوه بر این، Sphingomonas شوری گیاهان را کاهش می‌دهد.

لازم به توضیح است که Rhodanobacter باکتری کنترل‌کننده شناخته شده‌ای است که برای تجمع زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نکته حائز اهمیت است که چند سویه فعالیت کنترل بیولوژیکی نسبت به پاتوژن گیاه، پوسیدگی ریشه را نشان دادند.

اما Pseudomonas به‌دلیل مهار پاتوژن و خاصیت القاء مقاومت سیستمی، یکی از رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین سویه‌ها در کنترل زیستی و PGPR است. Bryobacter در زغال سنگ موجود است، اما عملکردش ناشناخته است.

فراوانی نسبی Streptomyces پس از 21 روز به‌طور قابل‌توجهی تلقیح افزایش یافت. این اتفاق ممکن است نشان‌دهنده چیرگی قوی S. lydicus M01 باشد. اکثر باکتری‌های موجود در دسته گونه‌های ذکر شده مذکور، دارای خصوصیات مرتبط با مهار پاتوژن، سنتز زیستی اکسین گیاه یا بیوماسیون هستند.

با این حال، فراوانی Bradyrhizobium و Pseudolabrys که هر دو در تثبیت نیتروژن نقش دارند، به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت. علاوه بر این، فراوانی گونه‌های Limnobacter که توانایی اکسیداسیون تیوسولفات را دارند نیز کاهش یافت. به‌طور کلی، بسیاری از جوامع باکتریایی به‌نحوی قابل‌توجه با درمان S. lydicus M01 تغییر یافته تأثیر مثبتی در ارتقاء رشد و کنترل بیولوژیکی دارد.

استفاده از S. lydicus M01 در افزایش رشد گیاهان نهال خیار نه تنها از طریق جابجایی در جوامع باکتری‌های ریزوسفر، بلکه با تغییر ترکیبات قارچی صورت می‌گیرد. مطالعات قبلی نشان داد که Fusicolla sp. ریزوباکتری‌های تقویت کننده رشد گیاه است که با عملکرد کانولا ارتباط مثبت دارد و Humicola قارچ با پتانسیل کنترل بیولوژیکی بیماری‌های گیاهی است.

در این مطالعه، فراوانی این دو گونه در حضور S. lydicus M01 به‌طور قابل‌توجه افزایش یافته است. علاوه بر این، جنس قارچ Solicoccozyma و Paraphaeosphaeria نیز در مقایسه با خاک شاهد پیشروی هستند. Solicoccozyma مخمرهایی هستند که از خاک جدا شده و در تجزیه تجزیه بیولوژیکی عمل می‌کنند.

گونه‌های Paraphaeosphaeria برای افزایش تحمل درجه حرارت گیاه در Arabidopsis شناسایی شد، بنابراین غنی‌سازی Paraphaeosphaeria ممکن است در کاهش استرس غیر طبیعی میوه خیار کمک کند. قابل ذکر است که فوزاریوم در تمام نمونه‌های خاک شناسایی شد و فراوانی آن در حضور S. lydicus M01 به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت. از آنجا که این قارچ به‌طور گسترده در خاک توزیع می‌شود و بیشتر گونه‌ها بی‌ضرر هستند، گونه‌های بیماری‌زای گیاهی در مطالعه حاضر در نظر گرفته نشده است.

برخی از گونه‌های Ascobolus بر روی ساقه‌های پوسیده برازیکا یافت شد و گزارش شده است که Thelonectria مهار‌کننده های گلیکوزییداز را تولید می‌کند. هر دو گونه در حضور S. lydicus M01 کاهش یافت.

گیاهان با اجتماعات پیچیده میکروبی همراه هستند. اصلاح میکروبیوم گیاه نقش مهمی در کاهش بروز بیماری‌های گیاهی، افزایش تولید محصولات کشاورزی و کاهش ورودی‌های شیمیایی دارد. بنابراین، تغییر کلی در جامعه میکروبی خاک توسط M01 یا سایر میکروب‌ها در کشاورزی حائز اهمیت است و در نتیجه شیوه‌های کشاورزی پایدارتری حاصل می‌شود.

ریزوباکتری‌های تقویت کننده رشد گیاه به روش‌های مستقیم و غیرمستقیم بر رشد گیاه اثر می‌گذارند. ترویج غیرمستقیم رشد گیاه هنگامی اتفاق می‌افتد که PGPR اثرات مضر ارگانیسم‌های فیتوپاتوژن یا ISR را کاهش می‌دهد. بیماری‌های ناشی از A. alternata در برگ‌ها ایجاد می‌شود و اغلب از طریق هوا پخش می‌شود.

در این مطالعه، کاهش بیماری‌های برگ توسط S. lydicus M01 در اطراف ریزوسفر خیار، منعکس‌کننده اثرات غیرمستقیم PGPR بر رشد گیاه و غلبه بر بیماری است. تولید ROS یکی از اولین پاسخ‌های سلولی است که پس از شناخت موفقیت‌آمیز پاتوژن و تجمع ROS پس از درک پاتوژن‌ها به‌طور مداوم در گیاه مشاهده شد.

با این حال، تولید بیش از حد ROS باعث آسیب اکسیداتیو و در نهایت مرگ سلولی می‌شود. کاهش شدت رنگ‌آمیزی ROS در برگ‌های خیار نشان‌دهنده این است که تیمار S. lydicus M01 تجمع ROS را کاهش می‌دهد.

محتوای MDA معمولاً در شرایط استرس زا مانند عفونت پاتوژن افزایش می‌یابد و بررسی‌های بیشتر نشان داد که آنتی‌اکسیدان های مرتبط با اصلاح ROS تحت تأثیر تیمار S. lydicus M01 تحت استرس بیوتیک قرار گرفتند.

در این مطالعه، پیش‌درمانی توسط S. lydicus M01 به میزان قابل‌توجهی محتوای MDA را کاهش می‌دهد که نشان‌دهنده سطح پایین‌تر پراکسیداسیون لیپید غشایی است. این نتیجه با گزارش قبلی موافق است که محتوای MDA در برگ‌های تحت درمان با کود بیولوژیکی بسیار کمتر از گیاهان شاهد بود.

آنتی‌اکسیدازهایی مانند SOD و POD با از بین بردن ROS همراه هستند، در حالی که PPO ممکن است به‌دلیل تولید لیگنین و سایر مواد، برای تقویت دیواره سلولی ایجاد شود. در این مطالعه، فعالیت‌های آنزیمی SOD و POD و PPO به‌میزان قابل‌توجهی افزایش یافته است. اما فعالیت این آنزیم‌ها در خیار تنها با A. alternata که کمتر قابلیت درمان دارد، کمتر شد.

در گزارش قبلی منتشر شده توسط این گروه از محققان، نتایج مشابه مشاهده شد که باکتری ضد باکتری B. subtilis سویه AR12 برای القاء آنزیم‌های دفاعی به سمت Ralstonia solanacearum در گوجه‌فرنگی مورد استفاده قرار گرفت.

نتایج نشان می‌دهد که S. lydicus M01 مقاومت بیماری خیار، حداقل تا حدی با افزایش فعالیت‌های آنزیم‌های دفاعی افزایش یافته است. شایان ذکر است که مطالعات بیشتر برای بررسی ISR و مسیرهای سیگنالینگ مرتبط مورد نیاز است.

نتیجه‌گیری

1. استفاده از S. lydicus M01 به‌طور مؤثری باعث رشد گیاه و سرکوب بیماری برگی ناشی از A. alternata در خیارها می‌شود.
2. ممکن است S. lydicus M01 با تولید اکسین‌ها، سایدروفورها و ACC deaminase و نیز افزایش فراوانی برخی میکروب‌های مفید گیاهی مانند باکتری‌های گونه Pseudarthrobacter و Sphingomonas و Rhodanobacter و Pseudomonas؛ و نیز قارچ‌های Fusicolla و Humicola؛ بر تعامل گیاه و خاک اثر بگذارد.
3. احتمالاً همراه با سایر میکروب‌های مفید تأثیرگذار در اطراف ریزوسفر، S. lydicus M01 مقاومت به بیماری گیاه را از طریق فعالیت ناشی از آنتی‌اکسیدازها افزایش داد.
4. فعل و انفعالات میکروبیوم مفید گیاه نمایانگر یک راه‌حل پایدار و امیدوارکننده برای بهبود تولید محصولات کشاورزی به جای کودهای شیمیایی است.

ترجمه: مظاهر سبزی

زیست فن

مقاله منبع

• کودهای زیستی
• زیست مهارگرها