بررسی اثرات ضدعفونی کنندگی بذربا نانو ذرات نقره بر همزیستی میکوریزایی و مرفولوژی ریشه جو در تنش خشکی

چکیده :

خشکی از مهمترین تنش‌های غیر زیستی است که سیستم کشاورزی و تولید غذا را تحت تاثیر قرار می‌دهد. ریز ذرات به جهت تسهیل نفوذ در بافت‌های گیاهی، باعث افزایش سطح جذب مواد غذایی می‌شود. با توجه به نقش ضدعفونی کنندگی بذر با نانو ذارت نقره در سیستم‌های کشاورزی، این تحقیق به منظور بررسی اثرات بذور ضد عفونی شده با نانو در همزیستی قارچ با ریشه گیاه، به صورت فاکتوریل بر مبنای طرح کاملاً تصادفی صورت گرفت. ضدعفونی بذور دو ژنوتیپ جو)معمولی و بدون پوشینه( با غلظت‌های مختلف نانو ذرات نقره (صفر، 50 و100ppm و قارچ کش ) در دو مرحله جوانه زنی و کشت در گلدان انجام شد. فشار اسمزی با پلی اتیلن گلیکول در مرحله جوانه زنی (0، 5-، 10-، 15- bar) اعمال شد. در نهایت درصد جوانه زنی، طول ریشه‌چه و ساقه‌چه و وزن خشک ساقه‌چه و ریشه‌چه اندازه‌گیری شد. بذور ضدعفونی شده به صورت حضور و عدم حضور مایکورایزا و با محلول هوگلند با bar 5-= ψ با محلول اتیلن گلیکول آبیاری شد. در نهایت طول ریشه و اندام هوایی، تراکم مایکورایزا، وزن خشک ریشه و ساقه محاسبه شد. نتایج نشان داد که در تنش خشکی، ضد عفونی بذری با 50ppm نانو ذرات نقره بیشترین درصد جوانه زنی را نشان داد که معنی‌دار بود. در حالی که کمترین درصد جوانه زنی در ضدعفونی بذری با قارچ‌‍ کش مشاهده شد و نسبت وزن خشک ریشه‌چه به ساقه‌چه در جو بدون پوشینه ضد عفونی شده با 100ppm نانو نقره کاهش معنی‌داری را نشان داد. همزیستی میکوریزایی باعث افزایش طول ریشه شد. طول ساقه و نسبت طول ساقه به ریشه نیز در بذور ضدعفونی شده با 50ppm نانو نقره همزیست با مایکورایزا، افزایش معنی‌داری داشت. ضدعفونی بذری بر تراکم مایکورایزا اثر گذاشت. ضدعفونی مرسوم به قارچ‌کش باعث کاهش معنی‌داری در تراکم مایکورایزا می‌شود. در تنش خشکی در غلظت 100ppm نسبت به 50ppm نانو نقره تراکم مایکورایزا کاهش معنی‌داری یافت .

 

نتایج و بحث :

اثر ضد عفونی بذور جو با نانو ذرات نقره در مرحله جوانه زنی

در غلظت 50ppm نانو ذرات نقره ژنوتیپ جو بدون پوشینه با 84درصد، بیشترین درصد جوانه زنی را نشان داد که در سطح % 5 معنی‌دار بود (شکل 1ب). نتایج تجزیه واریانس نشان داد که در بذور ضدعفونی شده با قارچ‌کش، درصد جوانه‌زنی به طور معنی‌داری کاهش یافت (جدول 1). بررسی اثر فشار اسمزی در غلظت‌های مختلف پلی اتیلن گلیکول بر درصد جوانه زنی، نشان داد که ضدعفونی 50ppm نانو نقره در تیمار شاهد، با 92 درصد بیشترین درصد جوانه زنی را داشت. در فشار اسمزی بالای پلی اتیلن گلیکول (bar -15) ضدعفونی بذر با غلظت  100ppm نانو نقره، درصد جوانه زنی کاهش معنی‌دار ی داشته و کمترین درصد جوانه زنی در ضدعفونی مرسوم با قارچ کش رورال تی اس مشاهده شد(شکل 1 الف). Zeng و همکاران(2005) در بررسی اثرات نانو اکسید تیتانیوم در غلظت‌های 0/25 درصد تا 4 درصد بر جوانه‌زنی و رشد بذور اسفناج مشاهده کردند، در غلظت 0/25 درصد نانو اکسید تیتانیوم در طی مراحل مختلف رشد، وزن خشک گیاه، سنتز کلروفیل، فعالیت روبیسکو، نرخ فتوسنتزی و متابولیسم نیتروژن افزایش می‌یابد. نانوذرات با اندازه حدود 8 نانومتر توانایی نفوذ به غشاء زیستی را دارد و با تاثیر بر دیواره سلولزی در انتقالات یونی در غشاء سلولی گیاه ایفای نقش می‌کند(Michae,2007). همانطور که در جدول تجزیه واریانس نشان داده شد اثر متقابل خشکی و غلظت‌های مختلف ضدعفونی بذری بر طول ریشه‌چه و ساقه‌چه در سطح احتمال 1 درصد معنی‌دار بود (جدول 1). همچنین برهم‌کنش ژنوتیپ و تیمارهای ضدعفونی بذری بر طول ریشه‌چه در سطح احتمال 1 درصد از نظر آماری معنی‌دار بود ولی بر طول ساقه‌چه معنی‌دار نبود (جدول1). در مرحله جوانه زنی، ارزیابی اثر متقابل غلظت‌های مختلف پلی اتیلن گلیکول با تیمارهای ضدعفونی بذری نشان داد که کمترین تعداد ریشه غیر نرمال در ضدعفونی بذور جو با قارچ کش رورال تی اس مشاهده شد (شکل 2). samarbakhsh همکاران(2009) گزارش کردند که برخی ضدعفونی‌های بذری کاهش معنی‌داری در رشد گیاه دارد که به نوع تیمار ضدعفونی کنندگی بذری، نوع گیاه و مرحله رشدی بستگی دارد. مطالعات صورت گرفته دلالت به این دارد که یون‌های نقره با گروه‌های سولفید هیدروژن پروتئین‌ها در بازهای DNA برهم کنش دارد، به طوری که منجر به جلوگیری از تنفس یا باز شدن مارپیچ DNA می‌شود (Batarseh,2004 ). Russel و Hugo در 1994 در رابطه با نقش ذرات نقره به ممانعت از تقسیم سلولی و تخریب پوشش سلولی در میکروارگانیسم‌ها اشاره کردند که این مسئله در مورد کشت بذر در خاک صادق است.

 

اثر ضد عفونی بذور جو با نانو ذرات نقره بر همزیستی میکوریزایی

بیشترین وزن خشک ساقه در بذرهای ضدعفونی شده با 50ppm  نانو ذرات نقره و در فشار اسمزی صفر مشاهده گردید که در مقایسه با سایر تیمارهای ضدعفونی بذری، این اختلاف معنی‌دار می‌باشد. در حالی که ضدعفونی بذری با قارچ‌کش در فشار اسمزی صفر، وزن خشک ریشه کاهش معنی‌دار یافت، در حالی که ضدعفونی با نانو ذرات نقره در غلظت 100ppm وزن خشک ریشه افزایش معنی‌دار داشت (شکل 4). قارچ‌کش‌ها و ضدعفونی‌ کننده های بذری از جمله نانو نقره می‌تواند فعالیت مایکورایزا در خاک را تحت تاثیر قرار دهد و بدین ترتیب اثرات نامطلوبی بر جوامع میکروبی خاک خواهد داشت(Miransari et al,2006). Zhang و همکاران در 2006 گزارش کردند مصرف غلظت‌های زیاد ضدعفونی بذری می‌تواند نسبت همزیستی گیاه با قارچ را کاهش دهد. برهم‌کنش گونه‌های مختلف میکوریزایی با قارچ‌کش‌های مختلف متفاوت است، به طوری که استفاده از قارچ‌کش‌ها، فعالیت قارچی را تحت تاثیر قرار داده و سبب افزایش کارایی جوانه زنی بذر در زمین و سبز شدن گردیده است(Pedersen and Williams-Murillo, 2008). حفظ جوامع میکروبی مفید در خاک و افزایش همزیستی مایکورایزا با گیاه در کشاورزی پایدار به طور قابل توجهی اهمیت دارد(Schweiger et al,2001). در تیمار قارچ‌کش و در فشار اسمزی bar -5 طول ریشه درحدود 11/4 سانتی‌متر افزایش یافت که از نظر آماری معنی‌دار بود. در حالی که در غلظت 100ppmنانو نقره، طول ریشه و ساقه به ترتیب با 7/49 سانتی‌متر و 5/62 سانتی‌متر کمترین اندازه را داشتند و از لحاظ آماری معنی‌دار نبودند (شکل 3)( جدول 2). نانو ذرات نقره در غلظت‌های کم نقش ضدمیکروبی دارند. نانو ذرات نقره به تنهایی عمل نمی‌کنند بلکه فعالیت ضد‌میکروبی آنها حاصل اثر متقابل نانو نقره بر دیواره سلولی میکرو ارگانیسم‌ها، توقف رشد و مرگ سلولی می‌باشد و این مکانیسم به غلظت یون‌های نقره و حساسیت گونه‌های میکوریزی و میکروبی خاک مربوط می‌شود(karimi et al,2012). گیاهان میکوریزی تجمع وزن خشک اندام هوایی را نسبت به گیاهان بدون میکوریز به میزان بالایی تحریک می‌کنند (محمودی و همکاران،1382). تشکیل کلونی ریشه با قارچ‌های میکوریزا، حاصل‌خیزی گیاهان زراعی را در تنش خشکی افزایش داده و بدین ترتیب به تنش خشکی مقاوم می‌شوند(Ghazi et al,2004) میکروارگانیسم‌ها با فراهم کردن سطح اضافی جذب، سبب افزایش جذب عناصر غذایی به ویژه فسفر شده و به این ترتیب تولید اسمیلات را افزایش می‌دهند و سبب رشد و افزایش وزن خشک گیاه می‌گردند (شیرانی‌راد و همکاران، 1379). اثر تیمارهای ضدعفونی بذری در همزیستی میکوریزایی معنی‌دار می‌باشد به طوری که در تیمارهای 50ppm نانو نقره و در همزیستی با میکوریزا، طول ساقه با 6/7 سانتی‌متر افزایش، معنی‌دار بود. همچنین نسبت طول ساقه به ریشه نیز افزایش معنی‌داری را نشان داد )شکل 5). تنش خشکی در همزیستی میکوریزایی اثر معنی‌داری در طول ریشه و ساقه داشت که در جدول تجزیه واریانس نشان داده شد(جدول 1). درهمزیستی میکوریزایی در پتانسیل فشار bar -5 طول ریشه با 9/6 سانتی‌متر افزایش معنی‌داری یافت(شکل 3). در شرایط بدون تنش و در همزیستی با مایکورایزا، وزن خشک ریشه افزایش یافت ولی این افزایش از نظر آماری معنی‌دار نبود(شکل 4). قارچ‌های مایکورایزا با آزاد سازی هورمون‌های گیاهی از جمله سیتوکنین، رشد گیاهان و جذب عناصر به ویژه فسفر را تحت تاثیر قرار می‌دهد. میکوریزایی شدن، جذب عناصر را از طریق تغییر در مرفولوژی ریشه متاثر می‌سازد. این همزیستی عمدتاً منجر به تغییراتی در قدرت پروتون‌زایی ریشه و درنتیجه pH ریزوسفر می‌شود(Marschner and RÖmheld,1983) همچنین نسبت طول ساقه به ریشه در رقم صحرا و در 50ppm نانوذرات نقره افزایش معنی‌داری داشت(شکل 5). نانو ذرات در تحریک رشد رویشی و تسهیل در جذب عناصر میکرو به ریشه گیاهان نقش دارند. بدین ترتیب منجر به افزایش رشد و عملکرد گیاهان زراعی می‌شوند. محلول NPK (ازت ، فسفر و پتاس) با نانو ذرات باعث افزایش سطح جذب مواد غذایی و تحریک رشد و نمو در گیاه می‌شود و بدین گونه با افزایش تولید و بهبود کیفیت ویژگی خاک، تسهیل‌کننده رویش گیاهان می‌باشند .(Pteltd ,2006)

 

جدول1 - تجزیه واریانس صفات مورد بررسی ژنوتیپ های مختلف جو ضد عفونی شده با غلظت های مختلف نانو ذرات نقره به ترتیب (صفر(شاهد)، 50ppm و 100ppm و قارچ کش) در غلظت های مختلف پلی اتیلن گلیکول با فشار اسمزی (-15bar و -10 و -5 و 0) در دو رقم جو معمولی و بدون پوشینه در مرحله جوانه زنی.

طول ساقه چه(سانتی متر)	طول ریشه چه(سانتی متر)	درصد جوانه زنی	درجه آزادی
16/51**	16/42**	1938/25**	3	C
386/96**	380/53**	4468/192**	4	P
93/17**	22/13**	3790/87**	1	G
17/92**	10/91**	319/394**	12	c*p
2/45**	4/4ns	2325/057**	3	c*g
7/13**	3/3ns	1398/359**	4	p*g
0/000016	0/000151	2/4	80	خطا
141/045	140/843	8/4		ضریب تغییرات
ژنوتیپ = G غلظت های مختلف پلی اتیلن گلیکول = P = PEG و غلظت های مختلف نانو نقره = C

 

 

 

 

 

 

تراکم مایکورایزا

ضدعفونی بذری بر تراکم مایکورایزا تأثیر گذاشت به طوری که ضدعفونی مرسوم با قارچ کش باعث کاهش معنی‌دار تراکم مایکورایزا شد اما بین غلظت‌های ضدعفونی با نانو نقره تفاوت معنی‌داری مشاهده نشد(شکل 6). همانطور که شکل 6 نشان داد، در تنش خشکی، در غلظت 100ppm نسبت به 50ppm تراکم میکوریزایی کاهش معنی داری یافت. کمترین تراکم میکوریزایی در ضدعفونی بذر با قارچ کش مشاهده شد که به نظر می‌رسد قارچ کش، جمعیت قارچ‌های میکوریزایی خاک را تحت تاثیر قرار داده است. در گياهان همزيست با مايكورايزا، توانايي در جذب مواد غذايي و تحمل در مقابل تنش‌هاي زيستي و غيرزيستي افزايش می¬یابد. قارچ‌ها خود به فرآورده‌هاي فتوسنتزي گياهان نياز دارند بنابراین قارچ هاي مايكورايزا با افزايش جذب آب و عناصر غذايي باعث افزايش فتوسنتز، توليد اسميلات و در نهايت بهبود رشد گياه می‌شوند.(Talukdar and Germida ,1995)