تأثیر ریزجانداران مفید خاکزی بر رشد و جذب کادمیوم توسط ذرت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی گروه علوم خاک دانشگاه ارومیه

2 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد علوم خاک دانشگاه زنجان

3 عضو هیأت علمی بخش میکروبیولوژی خاک، مؤسسه تحقیقات خاک و آب کشور، کرج

4 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد علوم خاک دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه

چکیده

استفاده از روابط هم‌افزایی بین باکتری­های محرک رشد گیاه (PGPR) و قارچ­های میکوریز آربوسکولار (AMF) برای رشد گیاه در خاک­های آلوده به فلزات سنگین و پالایش آنها به‌عنوان یک راهکار مدیریتی پایدار و اقتصادی معرفی شده است. برای این منظور یک آزمایش گلخانه­ای با استفاده از گیاه ذرت به صورت فاکتوریل با دو فاکتور تیمار آلودگی کادمیوم (صفر، 10، 20 و 30 میلی­گرم در کیلوگرم خاک) و تیمار تلقیح میکروبی شامل بدون تلقیح (C)، تلقیح باکتری­های سودوموناس گروه فلورسنت (B)، تلقیح میکوریز گلوموس ورسیفورم (F) و تلقیح توأم باکتری­ها و میکوریز (BF) در 3 تکرار  اجرا شد. پس از گذشت 14 هفته وزن خشک اندام­های هوایی، ریشه‌ها، غلظت و مقدار کادمیوم در آنها اندازه­گیری شدند. با افزایش سطوح کادمیوم وزن خشک اندام هوایی نسبت به شاهد کاهش نشان داد، با اینحال غلظت و مقدار کادمیوم جذب‌ شده در اندام­های هوایی در مقایسه با شرایط بدون مصرف کادمیوم به‌ترتیب 8/1 و 4/1 برابر افزایش نشان داد. مقدار کادمیوم جذب‌ شده کل از 250 میکرو‌گرم در تیمار بدون کادمیوم به 966 میکرو‌گرم در گلدان در سطح 30 میلی­گرم در کیلوگرم کادمیوم رسید. وزن خشک کل گیاه با تلقیح ریزجانداران خاک در مقایسه با شرایط بدون تلقیح به­طور معنی‌داری افزایش یافت و بیشترین وزن خشک­ (5/27 گرم در گلدان) در تیمار باکتری­های PGPR به دست آمد و 4/3 برابر بیشتر از شرایط بدون تلقیح (1/8 ‌گرم در گلدان) بود. تلقیح ریزجانداران محرک رشد بطور معنی‌داری مقدار کل جذب کادمیوم توسط ذرت را نسبت به شرایط بدون تلقیح تا 57/2 برابر افزایش داد. در میان تیمارهای میکروبی باکتری­های محرک رشد بیشترین تأثیر را بر وزن خشک و مقدار کادمیوم اندام­های هوایی داشتند. با تلقیح ریزجانداران مفید غلظت کادمیوم در برگ­ها کاهش یافت، اما با توجه به افزایش بیوماس گیاه، منجر­به تجمع بیشتر کادمیوم در گیاه ذرت شدند. با توجه به نتایج چنین استنباط می‌شود که تلقیح باکتریهای محرک رشد و قارچ­های میکوریز به­ترتیب سبب افزایش استخراج­گیاهی (Phytoextraction) و تثبیت­گیاهی (Phytostabilization) کادمیوم توسط ذرت گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Role of Beneficial Soil Microbes on Growth and Cd Uptake by Corn

نویسندگان [English]

  • MirHassan Rasouli-Sadaghiani 1
  • T. Gharemaleki 2
  • H. Besharati 3
  • A. Karimi 4
1 Assistant Professor, Urmia University, College of Agriculture. Department of Soil Science
2 Former Graduate Student, University of Zanjan, College of Agriculture. Soil Science Department
3 Scientific member of Soil and Water Research Institute. Department of Soil Microbiology
4 Former Graduate Student, Urmia University, College of Agriculture. Department of Soil Science
چکیده [English]

Using the synergistic relations between plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is a sustainable and economically significant management method for growing plants in soils with heavy metal contamination. A greenhouse experiment was carried out using corn plant in a factorial design with four  Cd levels  of zero, 10, 20, and 30 mg kg-1 and four microbial inoculation including control (C), PGPR inoculation (B), AMF inoculation (F) and PGPR+AMF (BF). PGPRs inoculant was a mixture of fluorescent Pseudomonads and the AMF isolate belonging to Glomus versiforme. After 98 days, plants were harvested and shoots and roots were separately weighed and dried. Growth parameters and Cd concentration and content (accumulation) were determined in different parts of the plants. Analysis of variances showed that different Cd levels and microbial inoculations significantly affected the measured indices. High concentration of Cd decreased shoot dry weight, and increased Cd concentration as well as Cd content compared to non-contaminated treatments by 1.8 and 1.4 fold, respectively. Accumulated Cd in plants of Cd0 treatment was 250 μg/pot and significantly increased in Cd30 treatment (966 μg/pot). Microbial inoculation of corn led to an increase in plant biomass compared to the control plants in the contaminated condition. The highest plant biomass (27.5 g/pot) was achieved in PGPR inoculation which 3.4 times higher than that of the control plants (8.1 g/pot). Microbial inoculation increased significantly (2.57 fold) Cd uptake in comparison with control condition. Among microbial treatments, PGPR inoculation showed the highest effect on shoot dry weight and Cd accumulation. Microbial inoculation reduced the concentration of shoot Cd, however, due to higher plant biomass, Cd accumulation increased in the whole plant. It is concluded that PGPR and AMF inoculations resulted in increasing phytoextraction and phytostabilization of Cd, respectively

کلیدواژه‌ها [English]

  • PGPR
  • AMF
  • Cadmium
  • Corn
  • Phytoremediation
  • Phytoextraction
  • Phytostabilization

مراجع

  1. رجایی م و کریمیان ن. 1385. اثر کادمیوم اضافه شده و زمان خواباندن بر شکل­های شیمیایی کادمیوم، رشد و ترکیب شیمیایی اسفناج در دو بافت خاک. مجموعه مقالات همایش خاک، محیط زیست و توسعه پایدار، کرج، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، صفحه 322-321.
  2. Andrade, S.A., Silveira, A.P., Jorge R.A., and M.F. de Abreu. Cadmium accumulation in sunflower plants influenced by arbuscular mycorrhiza. J. Phytoremediation. 10(1):1-13.
  3. Balestrasse, K.B., Gardey, L., Gallego, S.M., and M.L. Tomaro. 2001. Response of antioxidant defence system in soybean nodules and roots subjected to cadmium stress. Aust. J. Plant Physiol. 28:497-504.
  4. Barcelo, J. and C. Poschenrieder. 1990. Plant water relations as affected by heavy metal stress: A review. Journal of Plant Nutr, 13:1-37.
  5. Belimov, A.A., Safronova, V.I., and T. Mimura. 2002. Response of spring rape to inoculation with plant growth-promoting rhizobacteria containing 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase depends on nutrient status of the plant. Can. J. Microbiol. 48(3):189-199.
  6. Burd, G.I., Dixon, D.C., and B.R. Click. A plant growth promoting bacterium that decreases nickel toxicity in seedlings. Applied and Environ. Microbiol. 64:3663-3668.
  7. Dabin, P., Marafanet, E., Miusny, J.M., and C. Myttenuere. 1978. Adsorption, Distribution and Binding of Cadmium and Zinc in irrigated rice plant. Plant Soil. 50:32-36.
  8. Duponnois, R., Kisa, M., Assigbetse, K., Prin, Y., Thioulouse, J., Issartel, M., Moulin, P., and M. Lepage. Fluorescent pseudomonads occurring in Macrotermes subhyalinus mound structures decrease Cd toxicity and improve its accumulation in sorghum plants. Sci. Environ. 370: 391–400.
  9. Ernest, W.H.O. 1996. Bioavailibility of heavy metal and decontamination of soil py plant. Applid Geochem. 11:163-167.
  10. Glick, B.R., Penrose D.M., and J.P. Li. A model for the lowering of plant ethylene concentrations by plant growth-promoting bacteria. J Theor Biol, 190(1):63–68.
  11. Glick, R.B. 2003. Phytoremediation: synergistic use of plants and bacteria to clean up the environment. Biotechnol. Adv. 21:383–393.
  12. Haag-kever, A., Schafer, H.J., Heiss, S., Walter, C., and T. Rausch. Cadmium expose in Brassica juncea cause a decline in transpiration rate and leaf expansion without effect on photosynthesis. J. Experimental Botany. 50:1827-1835.
  13. Hall, J.A., Peirson, D., Ghosh, S., and B.R. Glick. 1996. Root elongation in various agronomic crops by the plant growth promoting rhizobacterium Pseudomonas putida GR12-2. J. Plant Sci. 44(2):37-42.
  14. Hasnain, S., and A.N. Sabri. 1996. Growth Stimulation of Triticum Aestivum Seedlings under Cr-Stresses by Non Rhizospheric Pseudomonad Strains. Abstracts of the 7th International Symposium on Biological Nitrogen Fixation with Non-Legumes. Kluwer Academic Publishers, the Netherlands. p.36.
  15. Janousˇkova´, M., Vosa´tka, M., Rossi, L., and N. Lugon-Moulin. Effects of arbuscular mycorrhizal inoculation on cadmium accumulation by different tobacco (Nicotiana tabacum L.) types. Applied Soil Ecology, 35:502–510.
  16. Joner, E.J., and C. Leyval, 1997. Uptake of 190Cd by roots and hyphae of a Glomus mosseae/Trifolium subterraneum mycorrhiza from soil amended with high and low concentrations of cadmium. New Phytol, 135:353–360.
  17. Joner, E.J., and C. Leyval. 2001. Time course of heavy metal uptake in maize and clover as affected by root density and different mycorrhizal inoculation regimes. Biol. and Fertil. Soils. 33:351-357.
  18. C.G., Power S.A., and J.N. Bell. 2004. Effects of host plant exposure to cadmium on mycorrhizal infection and soluble carbohydrate levels of Pinus sylvestris seedlings. Environ. Pollut., 131(2):287-94.
  19. Liao J.P., Lin X.G., Cao Z.H., Shi Y.Q., and Wong M.H. 2003. Interactions between arbuscular mycorrhizae and heavy metals under sand culture experiment. Chemosphere, 509(6):847-853.
  20. McAllister, C.B., Garca-Romera, I., Godeas, A., and J.A. Ocampo. 1994. Interactions between Trichoderma koningii, Fusarium solani and Glomus mosseae: Effects on plant growth, Arbuscular Mycorrhizas and the saprophyte inoculants. Soil Biol. 26:1363–1367.
  21. McGonigle P.,  Miller  M.H.,  Evans  D.G.,  Fairchild  G.L.,  and  Swan  J.A.  1990.  A new method which   gives   an   objective   measure   of   colonization   of   roots   by   vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi. New Phytol., 115:495-501.
  22. McGrath S.P., Zhao, F.J., and E. Lombi. 2001. Plant and rhizosphere processes involved in phytoremediation of metal-contaminated Plant Soil. 323:207–14.
  23. Metwally A., Finkemeier I., George M., and Dietz K.J. 2003. Salicylic acid alleviates the cadmium toxicity in barley seedlings. Plant Physiology, 132:272-281.
  24. Norris J.R., Read D.J., and Varma A.K. 1992. Methods in Microbiology. Volume 24, Techniques for the Study of Mycorrhiza, Academic Press, London.
  25. Penrose, D.M., and B.R. Glick. 2001. Levels of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) in exudates and extracts of canola seeds treated with plant growth promoting bacteria. Can. J. Microbiol. 47(4):368-372.
  26. Sara, AL. de Andrade and Adriana, P.D. da Silveira. Mycorrhiza influence on maize development under Cd stress and P supply. Braz. J. Plant Physiol. 20(1):39-50.
  27. Vivas, A., Azcon, R., Biro, B., Barea, J.M. and J.M. Ruiz-Lozano. 2003. Influence of bacterial strains isolated from lead-polluted oil and their interactions with arbuscular mycorrhizae on the growth of Trifolium pratense  L. under lead  Microbiol. 49: 577–588.
  28. Zhang, H.H., Tang, M. and C. Zheng. 2010. Effect of inoculation with AM fungi on lead uptake, translocation and stress alleviation of Zea mays seedlings planting in soil with increasing lead concentrations. Euro. J. Soil Biol. 46:306-311.
  29. Zhuang, X., Chen, J., Shim, H., and Z. Bai. 2007. New advances in plant growth promoting rhizobacteria for bioremediation. Environ. 33406–413.
پژوهش های خاک
دوره 27، شماره 2
شهریور 1392
صفحه 205-215

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار