نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه محقق اردبیلی،اردبیل- ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Water limitation is the most severe stress factor limiting plant growth and crop production in arid and semi-arid regions. Several strategies have been developed in order to decrease water limitation effects caused by the rainfed condition on plant growth. Among them, the use of putrescine and bio-fertilizers such as plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) and Mycorrhiza play a significant role in yield improvement. Therefore, to study biofertilizers and putrescine’s effect on biomass and some physiological and biochemical traits of vetch (Vicia villosa) under rainfed conditions, a factorial experiment was conducted based on a randomized complete block design with three replications in a research farm at the University of Mohaghegh Ardabili in 2019. Experimental factors included biofertilizers (no biofertilizer as control, application of Rhizobium, Mycorrhiza, combined application of Mycorrhiza and Rhizobium, Rhizobium and Azotobacter, Mycorrhiza and Azotobacter, Rhizobium with Mycorrhiza and Azotobacter) and foliar application of putrescine in three levels (water as control, 0.5 and 1mM putrescine). The results showed that both application of Azotobacter with Mycorrhiza and Rhizobium and foliar application of 1 mM putrescine increased catalase, peroxidase and polyphenol oxidase enzymes activity )37.08, 37.54 and 34.41% respectively (, maximum fluorescence and anthocyanin content )56.94 and 4.57% respectively( compared to no application of biofertilizers and foliar application of putrescine. Also, both application of Azotobacter with Mycorrhiza and Rhizobium and foliar application of 1 mM putrescine increased total biomass by about 56.9% compared to no application of biofertilizer and putrescine. It seems that the application of biofertilizers and putrescine can increase the total biomass of Vica villosa under rainfed conditions due to improving the physiological and biochemical traits.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه.
ماشک گل‌خوشه‌ای (Vicia villosa Roth) یکی از مهم‌ترین گیاهان علوفه‌ای است که ضمن حفاظت و اصلاح ساختار خاک، به‌عنوان کود سبز، سیلو، علوفه سبز و خشک در تغذیه دام‌ها کاربرد فراوانی دارد (Seyed Sharifi and Hokmalipour, 2013). محدودیت آبی در بیشتر مناطق خشک و نیمه‌خشک تحت شرایط دیم، ضمن کاهش رشد و عملکرد گیاهان (Reddy et al., 2004)، می‌تواند به کاهش جمعیت میکروبی در خاک یک منطقه منجر شود (Elliott and Wildung, 1992) ، در چنین شرایطی کاربرد کودهای زیستی نه تنها ریزجانداران از بین رفته خاک را جبران می‌کند (Seyed Sharifi and Namvar, 2017)، بلکه می‌تواند مقاومت گیاهان را به تنش رطوبتی افزایش داده (Mayaka et al., 2004) و به‌عنوان یک راهکار مفید به‌منظور کاهش و یا تعدیل هرچه بیشتر آثار ناشی از تنش در اکثر گیاهان زراعی مطرح باشد. یکی از کودهای زیستی مهم، قارچ‌های میکوریزایی هستند که در پایداری سلول در برابر رادیکال‌های آزاد و ایجاد سیستم قوی مهارکننده در برابر ROS نقش مهمی داشته (Ashraf and Foolad, 2007) و با افزایش سطح تماس ریشه با خاک و فراهمی بیشتر عناصر غذایی مورد نیاز گیاه، به بهبود رشد، حفظ فعالیت آنزیم، افزایش محتوای کلروفیل و تحمل گیاهان در برابر تنش‌های زیستی و غیرزیستی منجر می‌شوند (Al-Karaki et al., 2004). Moghadasan و همکاران (2016) اظهار داشتند کاربرد میکوریزا با ایجاد رابطه همزیستی با گیاه و جذب کارآمد برخی عناصر مانند فسفر که به‌عنوان عنصر کلیدی در انتقال انرژی طی فرآیند فتوسنتز مطرح است و یا تسهیل جذب عناصری مانند نیتروژن و منیزیم (جز اصلی ساختار مولکول کلروفیل)، موجب افزایش محتوای کلروفیل و بهبود فتوسنتز می‌شود.
باکتری‌های محرک رشد گیاه (PGPR) گروه ویژه‌ای از باکتری‌های خاک هستند که با اتصال به ریشه‌های گیاهان تحت تنش به‌عنوان منبع ACC (1-Amino Cyclopropane-1-Carbocylate) عمل کرده (Glick, 2014) و به‌طور چشم‌گیری اثر اتیلن تولیدی را که در نتیجه‌ی شرایط خشکی ساخته می‌شود، کاهش می‌دهند (Zahir et al., 2007). از این‌رو تلقیح بذر با این باکتری‌ها می‌تواند ساخت اتیلن درونی را کاهش و تحمل گیاهان به تنش را افزایش دهد (Glick, 2014). Chandrasekhar و همکاران (2005) گزارش داند که کاربرد این باکتری‌ها با افزایش تثبیت نیتروژن و افزایش دسترسی به این عنصر، موجب بهبود محتوای کلروفیل می‌شود. Gururani و همکاران (2012) اظهار داشتند کاربرد باکتری با افزایش بیان ژن mRNA آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی، ضمن افزایش فعالیت این آنزیم‌ها، موجب کاهش محتوای پراکسیدهیدروژن می‌شود. در بررسی اثر کودهای زیستی، شیمیایی و آلی بر برخی ویژگی‌های کیفی ماشک گل‌خوشه‌ای در شرایط گلخانه‌ای، بهترین تیمار کودی مخلوط قارچ میکوریزا و ریزوبیوم گزارش شده است (Kamaei et al., 2017).
گیاهان در شرایط نامناسب محیطی با تجمع برخی هورمون‌ها با وزن مولکولی کم مانند پلی‌آمین‌ها، به آن پاسخ می‌دهند. پلی‌آمین‌ها دسته‌ای از ترکیبات طبیعی با وزن مولکولی کم و دارای گروه‌های نیتروژن‌دار خطی هستند که تقریباً در همه موجودات زنده یافت می‌شوند (Groppa and Benavides, 2008) و نقش تعدیل‌کننده پلی‌آمین‌هایی مانند اسپرمین، پوترسین و اسپرمیدین در فرآیندهای سلولی و فیزیولوژیک در طول دوره رشد و نمو گیاه از جمله در زمان گلدهی، ریشه‌دهی، تکثیر سلولی، جنین‌زایی و حفاظت در برابر تنش‌ها مشخص شده است. این ترکیبات به‌علت طبیعت کاتیونی خود، به راحتی باDNA ، RNA و پروتئین‌ها باند می‌شوند (Rangan et al., 2014) و می‌توانند به فرم آزاد یا متصل با ترکیبات دیگر وجود داشته باشند. پلی‌آمین‌ها موجب برداشت رادیکال‌های آزاد می‌شوند (Liu et al., 2007) و ماهیت آنتی‌اکسیدانی آن‌ها احتمالاً مربوط به مهار آنزیم NADPH اکسیداز و فعالیت آنزیم ACD (Arginine Decarboxylase) است (Martin-Tanguy, 2001). Fornazier و همکاران (2002) گزارش کردند که مکانیسم دفاع سلولی پلی‌آمین‌ها در برابر تنش، از طریق فعال‌سازی بیان ژن آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی موجب جاروب کردن رادیکال‌های آزاد اکسیژن می‌شود. Cohen و همکاران (2004) اظهار داشتند پوترسین به‌علت ویژگی آنتی‌اکسیدانی که دارد با ممانعت از تخریب ساختار غشای کلروپلاست، موجب افزایش محتوای کلروفیل می‌شود. بررسی‌های Nayyar و همکاران (2005) نشان داند کاربرد پوترسین و اسپرمیدین اثر سوء ناشی از محدودیت آبی را در گیاهانی مانند سویا و نخود کاهش و عملکرد را در شرایط تنش افزایش می‌دهند. نتایج بررسی تأثیر توأم کودهای زیستی و پوترسین در شرایط محدودیت شدید آبی گندم (قطع آبیاری در مرحله چکمه‌ای شدن) نشان داد که محتوای نسبی آب، شاخص کلروفیل، هدایت روزنه‌ای و عملکرد کوانتومی با کاربرد توأم میکوریز با سودوموناس و فلاوباکتریوم و محلول‌پاشی پوترسین در مقایسه با عدم کاربرد کودهای زیستی و عدم محلول‌پاشی پوترسین افزایش یافته که بیانگر نقش مثبت کودهای زیستی و پوترسین در ارتقای فعالیت فتوسنتزی و بهبود سیستم حفاظتی گیاه بود (Mohseni Mohammadjanlou et al ., 2021). نتایج یک بررسی نشان داد کاربرد توأم باکتری‌ها و میکوریز به همراه محلول‌پاشی پوترسین با افزایش وزن و حجم ریشه، ضمن کمک به افزایش تعداد و وزن گره به ازای هر بوته و کاهش 99 درصدی هدایت الکتریکی و 39/125درصدی محتوای مالون‌دی‌آلدئید، به افزایش بیوماس کل ماشک و بهبود مقاومت گیاه در شرایط محدودیت آبی منجر می‌شود (Seyed Sharifi et al., 2020). برخی محققان گزارش کردند که کاربرد توأم کودهای زیستی (میکوریز با سودوموناس و فلاوباکتریوم) و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین در شرایط قطع آبیاری در مراحل رشد زایشی گندم، توانست با بهبود محتوای کلروفیل a، b و کلروفیل کل و همچنین مؤلفه‌های پر شدن دانه، عملکرد دانه گندم را تحت شرایط محدودیت آبی افزایش دهد (Mohseni Mohammadjanlou et al., 2021).
عملکرد ماشک در مناطق خشک و نیمه‌خشک کشور تحت شرایط دیم، به‌علل مختلفی از جمله کمبود مواد آلی در خاک و ناکافی بودن نزولات، پایین است. در این راستا به‌علت نقش میکوریز در افزایش سطح تماس ریشه با خاک و فراهمی بیشتر رطوبت و عناصر غذایی مورد نیاز گیاه، توانایی باکتری‌های محرک رشد در تولید ترکیبات مختلف (مثل فیتوهورمون‌ها، ویتامین‌ها و سیدروفورها)، تثبیت نیتروژن اتمسفری و انحلال فسفات معدنی و آلی و تأثیر پوترسین در تعدیل شرایط نامساعد محیطی ناشی از محدودیت آبی، پایداری غشا و برداشت‌کننده مؤثر گونه‌های فعال اکسیژن و از طرفی بررسی‌های محدود انجام‌شده در خصوص برهمکنش توأم این عوامل بر بیوماس ماشک، از جمله مواردی بودند که موجب شد تا اثر این عوامل بر فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و برخی صفات فیزیولوژیک ماشک به کاربرد پوترسین و کودهای زیستی در شرایط دیم بررسی شود.
مواد و روش‌ها
آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه محقق اردبیلی با مختصات جغرافیایی 38 درجه و 15 دقیقه عرض شمالی و 48 درجه و 20 دقیقه طول شرقی و ارتفاع 1350 متر از سطح دریا در سال 1398 اجرا شد. محل اجرای آزمایش دارای اقلیم نیمه‌خشک و سرد است. نتایج حاصل از تجزیه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مزرعه آزمایشی در جدول (1) و شرایط اقلیمی منطقه مورد کشت در جدول (2) آورده شده است.
جدول 1- مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاک
Table 1. Soil physicochemical properties
|
مشخصه |
اسیدیته |
عصاره اشباع |
آهک |
رس |
سیلت |
شن |
بافت |
کربن آلی |
نیتروژن کل |
فسفر |
پتاسیم |
روی |
|
|
مقادیر |
8/7 |
|
% |
لومی |
% |
mg/kg |
|||||||
|
49 |
4/14 |
23 |
42 |
35 |
62/0 |
06/0 |
29/8 |
212 |
18 |
||||
جدول 2- مشخصات جوی در طول دوره رشدی ماشک گل‌خوشه‌ای
Table 2. Atmospheric characteristics during Vicia villosa growth
|
ماه‌های سال |
فروردین |
اردیبهشت |
خرداد |
تیر |
مرداد |
شهریور |
|
شاخص‌های اقلیمی |
||||||
|
بارندگی |
40 |
5/29 |
13 |
1/0 |
صفر |
8/18 |
|
میانگین دما |
8 |
4/12 |
6/17 |
8/18 |
7/19 |
3/16 |
|
جمع ساعات آفتابی |
163 |
1/258 |
7/287 |
336 |
1/314 |
2/213 |
|
متوسط رطوبت نسبی |
73 |
63 |
58 |
62 |
61 |
71 |
فاکتورهای مورد بررسی شامل کاربرد کودهای زیستی (عدم کاربرد کودهای زیستی به‌عنوان شاهد، کاربرد ریزوبیوم، کاربرد میکوریزا، کاربرد توأم میکوریزا با ریزوبیوم، ریزوبیوم و ازتوباکتر، میکوریزا و ازتوباکتر، ریزوبیوم با ازتوباکتر و میکوریزا) و محلول‌پاشی با پوترسین (عدم محلول‌پاشی پوترسین به‌عنوان شاهد و محلول‌پاشی 5/0 و 1 میلی‌مولار) بودند. محلول‌پاشی با پوترسین در دو مرحله در طول دوره رشد رویشی انجام شد. نخستین محلول‌پاشی دو هفته پس از کاشت و اطمینان از استقرار کامل گیاه در مزرعه و مرحله دوم محلول‌پاشی ده روز پس از مرحله اول انجام شد. در این بررسی قارچ Glomus mosseae به‌صورت پودر از شرکت زیست فناوران توران تهیه و به مقدار 20 گرم در هر متر مربع خاک (200 کیلوگرم در هر هکتار) بر اساس توصیه شرکت یادشده استفاده شد. تعداد اسپور زنده در هرگرم آن حدود 100 اسپور بود. سویه خالص آماده و به شکل مایع باکتری‌های ریزوبیوم و ازتوباکتر از مؤسسه خاک و آب تهیه شدند. ریزوبیوم مورد استفاده Rhizobium legominuzarum و ازتوباکتر از نوع 5 Azotobacter chrocoocom strain بود. هر گرم از مایه تلقیح این باکتری‌ها حاوی 107 عدد باکتری (CFU, Colony Forming Units) زنده و فعال بود. از محلول صمغ عربی برای چسبندگی بهتر مایه تلقیح به بذرها استفاده شد (Kheirizadeh and Seyed Sharifi, 2018; Khalilzadeh et al., 2017). این مخلوط به‌مدت دو تا سه ساعت در محل خشک و تاریک قرار داده شد و سپس نسبت به کشت اقدام شد. آزمایش در قطعه زمینی انجام شد که دو سال قبل از اجرا، گیاهی کشت نشده بود و در سال‌های گذشته گندم و جو کشت شده بود. در بهار به محض مساعد شدن شرایط اقلیمی و در سیزدهم اردیبهشت‌ماه، کشت به روش دستی انجام شد. هر واحد آزمایشی شامل پنج خط کاشت به طول 5/2 متر و با فاصله بین ردیفی 20 سانتی‌متر و فاصله بذر از هم روی ردیف 10 سانتی‌متر بود. در این بررسی از ماشک رقم محلی بنام لامعی استفاده شد. کنترل علف‌های هرز در طول دوره رشد به روش دستی انجام شد. در مرحله گلدهی اندازه‌گیری فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز) از روش Sudhakar و همکاران (2001) استفاده شد. برای این منظور ابتدا 2/0 گرم نمونه تر برگی در هاون چینی در مجاورت نیتروژن مایع پودر شد و با یک میلی‌لیتر بافر تریس- کلریدریک 05/0 مولار با اسیدیته 5/7 هموژن گردید. همگنای حاصل را به‌مدت 20 دقیقه با سرعت 13000 دور در دقیقه و دمای چهار درجه سانتیگراد سانتریفیوژ کرده و محلول شناور رویی برای اندازه‌گیری میزان فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز استفاده شد. برای اندازه‌گیری فعالیت آنزیم کاتالاز، 5/2 میلی‌لیتر بافر تریس (50 میلی‌مولار، اسیدیته 7) و 3/0 میلی‌لیتر آب اکسیژنه (5 میلی‌مولار) تهیه شده و سپس 60 میکرولیتر عصاره آنزیمی در حمام یخ به آن اضافه شد و میزان جذب در طول موج 240 نانومتر قرائت شد. برای مقایسه فعالیت آنزیم نیز یک نمونه به عنوان شاهد (Blank) استفاده شد که در این نمونه به جای 60 میکرولیتر عصاره آنزیمی از بافر تریس- کلریدیریک 05/0 مولار استفاده شد. فعالیت آنزیم بر اساس میزان تغییرات جذب در میکروگرم پروتئین بر دقیقه محاسبه گردید.
اندازه‌گیری فعالیت آنزیم پراکسیداز نیز به روش Karo و Mishra (1976)انجام شد. طوری که 50 میکرولیتر عصاره آنزیمی به 5/2 میلی‌لیتر محلول واکنش شامل تریس- کلریدریک 100 میلی‌مولار، آب اکسیژنه 5 میلی‌مولار و پیروگالل 10 میلی‌مولار در حمام یخ اضافه شد و میزان جذب تغییرات در طول موج 425 نانومتر قرائت شد. برای مقایسه فعالیت آنزیم نیز یک نمونه به‌عنوان شاهد (Blank) استفاده شد که در این نمونه به جای 50 میکرو لیتر عصاره آنزیمی از بافر تریس- کلریدریک 05/0 مولار استفاده شد. فعالیت آنزیم بر اساس میزان تغییرات جذب در میکروگرم پروتئین بر دقیقه محاسبه گردید.
برای اندازه‌گیری فعالیت آنزیم پلیفنلاکسیداز محلول واکنش شامل 5/1 میلی‌لیتر بافر تریس (50 میلی‌مولار، اسیدیته 7) و 3/0 میلی‌لیتر پیروگالول (5 میلی‌مولار) تهیه شده و 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی به آن اضافه نموده و سپس محلول حاصل در بن‌ماری به‌مدت 5 دقیقه در دمای 25 درجه سانتیگراد قرار داده شد. میزان جذب در طول موج 420 نانومتر قرائت شد. برای مقایسه فعالیت آنزیم نیز یک نمونه به عنوان شاهد (Blank) استفاده شد که دراین نمونه به جای 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی از بافر تریس- کلریدریک 05/0 مولار استفاده شد. فعالیت آنزیم بر اساس میزان تغییرات جذب در میکروگرم پروتئین بر دقیقه محاسبه گردید.
برای سنجش محتوای کلروفیل از روش Arnon (1967) استفاده شد. بدین منظور 2/0گرم از بافت برگ را با استون 80% به تدریج سائیده شد تا کلروفیل وارد محلول استونی شود و در نهایت حجم محلول با استون 80% به حجم 20 میلی‌لیتر رسانده شد. محلول حاصل به‌مدت 10 دقیقه در 400 دور سانتریفیوژ شد و سپس جذب نوری محلول رویی در طول موج‌های 470، 645 و 663 نانومتر توسط اسپکتروفتومتر قرائت شد. محتوای کلروفیل و کارتنوئید بر اساس روابط 1 تا 4 برآورد شد.
رابطه 1:
a کلروفیل =(3/19 × A663 - 86/0 × A645) V/100 W
رابطه 2:
b کلروفیل = (3/19 × A645 – 6/3 × A663) V/100 W
رابطه 3:
کلروفیل کل = a کلروفیل + b کلروفیل
رابطه 4:
کارتنوئید = (1000 A 470 - 82/1 Ca – 02/85 Cb (/198
برای سنجش محتوای آنتوسیانین از روش Wagner (1979) استفاده شد. بدین منظور 2/0 گرم از اندام هوایی گیاه در سه میلی‌لیتر متانول اسیدی (متانول و اسید کلریدریک به نسبت 99 به 1) خوب سائیده و سپس عصاره حاصل به‌مدت 15 دقیقه در × g 12000سانتریفیوژ شد. محلول رویی به‌مدت یک شب در تاریکی قرار داده شد و جذب آن در طول موج 550 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر (UV 2100, UNICO USA) قرائت شد. محتوای پراکسیدهیدروژن با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر و در طول موج 390 نانومتر اندازه‌گیری شد (Alexieva et al., 2001). همچنین F0 (فلورسانس کمینه)، Fm (فلورسانس بیشینه)، Fv (فلورسانس متغیر) توسط دستگاه (Chlorophyll fluorometer; Optic Science-OS-30 USA) از هر تیمار به‌طور تصادفی چهار برگ با رعایت اثر حاشیه‌ای و از خطوط اصلی هر کرت در مرحله گلدهی (در فاصله زمانی ساعت 10-8 صبح) انتخاب و پس از30 دقیقه تاریکی توسط کلیپس‌های مخصوص اندازه‌گیری شد (Seyed Sharifi et al., 2016). عملکرد علوفه با رعایت اثر حاشیه‌ای، از سه ردیف اصلی هر کرت از سطحی معادل 6/0 متر مربع برداشت شد. نمونه مورد نظر در آزمایشگاه تا رسیدن به وزن ثابت در دمای 5±70 درجه سانتیگراد به‌مدت 48 ساعت خشک و سپس توزین گردید. برای تجزیه داده‌ها و رسم نمودارها از نرم افزاره SAS (نسخه 1/9) استفاده شد. میانگین‌ها با آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد مقایسه شدند.
نتایج و بحث
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که کاربرد کودهای زیستی و پوترسین بر فلورسانس متغیر (Fv)، فلورسانس کمینه (F0) و محتوای پرولین در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود (جدول 3). برهمکنش توأم این دو عامل بر فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز)، آنتوسیانین، محتوای پراکسیدهیدروژن، کلروفیل a، b، کلروفیل کل و کاروتنوئید در سطح احتمال یک درصد و بر فلورسانس بیشینه در سطح احتمال پنج درصد معنی‌دار بود (جدول 3).
فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی
بر اساس جدول مقایسه میانگین‌ها، محلول‌پاشی نیم و یک میلی‌مولار پوترسین با کاربرد تک تک کودهای زیستی همانند کاربرد توأم این کودها (میکوریز با باکتری‌های ریزوبیوم و ازتوباکتر) از افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدانی در مقایسه با عدم کاربرد پوترسین وکودهای زیستی برخوردار بود، هر چند که بیشینه فعالیت این آنزیم‌ها به کاربرد توأم کودهای زیستی با مقادیر بالای محلول‌پاشی پوترسین تعلق داشت (جدول 4). به طوری که کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین موجب افزایش به‌ترتیب 08/37، 54/37 و 41/34 درصدی فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز نسبت به شرایط عدم کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین شد (جدول 4). شرایط اقلیمی حاکم به‌ویژه از نظر میزان نزولات در طول دوره رشدی ماشک در منطقه مورد کشت (جدول 2) به تشدید آثار ناشی از محدودیت آبی تحت شرایط دیم منجر می‌شود. در چنین شرایطی محدودیت آبی می‌تواند با تولید گونه‌های فعال اکسیژن به آسیب به رنگدانه‌های کلروفیل (جدول 4) و سیستم انتقال الکترون فتوسنتزی و در نهایت به کاهش بیوماس منجر شود. در حالت کلی گیاهان برای مقابله با آثار نامطلوب گونه‌های فعال اکسیژن ناشی از شرایط نامساعد محیطی، سیستم‌های دفاعی آنتی‌اکسیدانی آنزیمی و غیرآنزیمی را توسعه می‌دهند (Wu et al., 2012)، که در برخی گیاهان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی مثل آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز در شرایط محدودیت آبی افزایش می‌یابد (Abdel Latef, 2010). برخی محققین معتقدند استفاده از میکوریزا به‌علت افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی در همزیستی ریشه گیاه با قارچ میکوریزا (Zare Hassanabdi et al., 2020) و افزایش جذب عناصر غذایی توسط گیاه، ساخت برخی آنزیم‌ها از جمله آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی را افزایش می‌دهد که موجب کاهش انباشت رادیکال‌های آزاد می‌شود (Ageeb Akladious and Mohamed, 2018). از طرفی کاربرد باکتری‌های محرک رشد نیز با افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی، رادیکال‌های سمّی پراکسیدهیدروژن تولیدشده در اثر تنش را حذف می‌نمایند. به طوری که در این آزمایش نیز، کاهش 37/41 درصدی محتوای پراکسیدهیدروژن در کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین در مقایسه با عدم کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین به دست آمد (جدول 4). Sepehri و همکاران (2015) اظهار داشتند که باکتری‌های محرک رشد با تولید متابولیت‌ها و هورمون‌های محرک رشد، نقش ویژه‌ای در تحریک و بیان ژن پروتئین آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی ایفا می‌کنند. گرچه سازوکار تأثیر پلی‌آمین‌ها بر افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان تاکنون به‌طور کامل مشخص نشده است، بااین‌حال احتمالاً پلی‌آمین‌ها واکنش‌های دفاعی را راه‌اندازی نموده که افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان یکی از نتایج آن است et al., 2010) (Toumi. در این بررسی نیز با افزایش غلظت پوترسین مورد استفاده، فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی بیشتر شد و کاربرد توأم پوترسین با کودهای زیستی به تشدید فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و کاهش پراکسید هیدروژن تولیدشده منجر گردید (جدول 4). Fornazier و همکاران (2002) اظهار داشتندکه مکانیسم دفاع سلولی پلی‌آمین‌ها در برابر تنش، از طریق جاروب کردن رادیکال‌های آزاد اکسیژن و فعال‌سازی بیان ژن آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی است. همچنین، Hassanpour Nejad و Ranjber (2018) گزارش دادند که کاربرد پوترسین با بهبود ظرفیت آنتی‌اکسیدانی موجب افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی می‌شود.
محتوای کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئید
کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین موجب افزایش به‌ترتیب 23/112، 16/56، 4/96 و 28/57 درصدی محتوای کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئید نسبت به شرایط عدم کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین شد (جدول 4). البته در مورد محتوای کلروفیل a و b در سطح ثابت از محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین، بین کاربرد توأم هر سه کود زیستی میکوریزا با ازتوباکتر و ریزوبیوم با کاربرد دو گانه میکوریزا با ریزوبیوم، ازتوباکتر با میکوریزا اختلاف آماری معنی‌داری در سطح احتمال یک درصد وجود نداشت (جدول 4). به نظر می‌رسد میکوریزا با تسهیل روند جذب عناصری مانند نیتروژن و منیزیم (جز اصلی ساختار مولکول کلروفیل) و از طریق ایجاد رابطه همزیستی با گیاه و جذب کارآمد برخی عناصر مانند فسفر که به‌عنوان عنصر کلیدی در انتقال انرژی طی فرآیند فتوسنتز مطرح است، موجب افزایش محتوای کلروفیل می‌شود et al., 2016) (Moghadasan، در ضمن کاربرد باکتری‌ها به‌علت دسترسی بالاتر نیتروژن به‌واسطه تثبیت نیتروژن در گیاه (Chandrasekhar et al., 2005) می‌تواند علتی دیگر در افزایش محتوای کلروفیل تحت چنین شرایطی باشد.
جدول 3- تجزیه واریانس تأثیرکودهای زیستی و پوترسین بر برخی صفات بیوشیمیایی ماشک گل‌خوشه‌ای تحت شرایط دیم
Table 3. Variance analysis for the effects of biofertilizers and putrescine on some biochemical traits of vetch under rainfed condition
|
میانگین مربعات |
|||||||||||||||
|
منابع تغییر |
درجه آزادی |
بیوماس کل |
کاتالاز |
پراکسیداز |
پلیفنلاکسیداز |
آنتوسیانین |
پراکسید هیدروژن |
پرولین |
کلروفیل a |
کلروفیل b |
کلروفیل کل |
کاروتنوئید |
فلورسانس بیشینه |
فلورسانس متغیر |
فلورسانس کمینه |
|
تکرار |
2 |
**03/55071 |
**1845 |
**6/2791 |
**5/4919 |
**0004/0 |
**1/0 |
**3/55 |
**9/6 |
**6/0 |
**9/11 |
**3/1 |
**5/222790 |
**3/503918 |
**8/57614 |
|
پوترسین (P) |
2 |
**9/67242 |
**2/43 |
**2/252 |
**8/354 |
**0001/0 |
**006/0 |
**32/5 |
**8/2 |
**1/0 |
**4 |
**2/0 |
**5/20026 |
**4/39700 |
**5/3415 |
|
کودهای زیستی (B) |
6 |
**8/184964 |
**9/177 |
**2/267 |
**1/354 |
**0001/0 |
**019/0 |
**5/12 |
**7/3 |
**1/0 |
**5 |
**1/0 |
**3/24139 |
**7/49296 |
**5/4602 |
|
P×B |
12 |
**33/2021 |
**2/2 |
**5/6 |
**5/7 |
**000003/0 |
**0003/0 |
ns08/0 |
**1/0 |
**002/0 |
**1/0 |
**002/0 |
*222 |
ns7/376 |
ns4/92 |
|
خطا |
40 |
76/487 |
7/0 |
4/1 |
9/1 |
0000006/0 |
00008/0 |
05/0 |
01/0 |
0005/0 |
02/0 |
001/0 |
9/106 |
1/913 |
1/408 |
|
ضریب تغییرات |
- |
95/6 |
19/8 |
02/9 |
12/8 |
3/7 |
22/6 |
96/7 |
87/4 |
6/8 |
33/4 |
2/6 |
9/9 |
59/7 |
16/8 |
ns، * و ** به‌ترتیب غیرمعنی‌دار و معنی‌دار در سطح احتمال پنج و یک درصد.
ns,* and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively
جدول 4- مقایسه میانگین کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین بر برخی صفات بیوشیمیایی و ریخت‌شناختی ماشک گل‌خوشه‌ای تحت شرایط دیم
Table 4. Means comparison of the effects of biofertilizers and putrescine on some biochemical and morphology traits of vetch under rainfed condition
|
تیمار |
بیوماس کل |
کاتالاز |
پراکسیداز |
پلیفنلاکسیدار |
آنتوسیانین |
پراکسید هیدروژن |
کلروفیل a |
کلروفیل b |
کلروفیل کل |
کاروتنوئید |
فلورسانس بیشینه |
|
(گرم در متر مربع) |
(تغییرات جذب در میکروگرم پروتئین بر دقیقه) |
(میکرومول بر گرم وزن تر برگ) |
(میلی‌گرم بر گرم وزن تر برگ) |
||||||||
|
P1×B1 |
m8/634 |
f67/39 |
i4/48 |
i16/64 |
g0155/0 |
a533/0 |
j815/1 |
k714/0 |
m529/2 |
j988/0 |
h422 |
|
P1×B2 |
lm93/653 |
f18/40 |
hi4/49 |
i81/65 |
f0174/0 |
b504/0 |
ij044/2 |
k72/0 |
lm764/2 |
i058/1 |
g443 |
|
P1×B3 |
jk87/618 |
d01/45 |
gh2/51 |
h65/68 |
f0175/0 |
c482/0 |
hi114/2 |
ij768/0 |
kl882/2 |
i072/1 |
g452 |
|
P1×B4 |
i27/669 |
d15/46 |
fg08/53 |
g02/71 |
e0197/0 |
c475/0 |
gh345/2 |
hij772/0 |
jk117/3 |
g204/1 |
f474 |
|
P1×B5 |
fg8/740 |
c08/48 |
e43/56 |
f42/75 |
d022/0 |
d448/0 |
de802/2 |
g851/0 |
gh653/3 |
fg225/1 |
d522 |
|
P1×B6 |
e93/800 |
c95/48 |
d8/58 |
e22/78 |
d0222/0 |
e431/0 |
d851/2 |
f925/0 |
fg776/3 |
d338/1 |
d538 |
|
P1×B7 |
c93/919 |
b12/52 |
bc99/62 |
b23/83 |
c0246/0 |
g385/0 |
a632/3 |
de974/0 |
c606/4 |
c418/1 |
c564 |
|
P2×B1 |
lm07/556 |
f16/40 |
i14/49 |
i03/66 |
g0157/0 |
b512/0 |
j835/1 |
j761/0 |
m596/2 |
i055/1 |
g444 |
|
P2×B2 |
j33/626 |
e84/42 |
f46/53 |
gh81/70 |
f0178/0 |
c485/0 |
i095/2 |
hi805/0 |
kl9/2 |
h135/1 |
f473 |
|
P2×B3 |
hi8/687 |
d77/45 |
f54/53 |
f63/74 |
e0197/0 |
c474/0 |
fg543/2 |
g858/0 |
hi401/3 |
fg22/1 |
e500 |
|
P2×B4 |
fg2/752 |
d12/46 |
d47/58 |
e07/78 |
e0198/0 |
e43/0 |
c088/3 |
g863/0 |
ef951/3 |
ef275/1 |
d521 |
|
P2×B5 |
e07/800 |
c36/48 |
c08/61 |
e96/77 |
d0219/0 |
f408/0 |
bc115/3 |
e965/0 |
de08/4 |
de288/1 |
d534 |
|
P2×B6 |
d33/855 |
c15/49 |
c18/61 |
bc04/83 |
b0267/0 |
f401/0 |
a655/3 |
de988/0 |
bc643/4 |
c415/1 |
c561 |
|
P2×B7 |
ab67/960 |
b18/52 |
ab67/64 |
a88/85 |
b027/0 |
g384/0 |
a846/3 |
bc035/1 |
ab881/4 |
b485/1 |
c577 |
|
P3×B1 |
kl53/583 |
e38/42 |
gh3/51 |
g87/71 |
e0195/0 |
b505/0 |
fg511/2 |
hi804/0 |
ij315/3 |
h144/1 |
f477 |
|
P3×B2 |
ij73/652 |
e07/43 |
e16/56 |
f61/75 |
d0219/0 |
d452/0 |
ef588/2 |
h811/0 |
hi399/3 |
ef271/1 |
e501 |
|
P3×B3 |
gh07/710 |
d38/46 |
d06/59 |
de13/80 |
c0245/0 |
d45/0 |
d825/2 |
f919/0 |
fg744/3 |
c4/1 |
d526 |
|
P3×B4 |
d53/857 |
c08/48 |
b41/63 |
cd85/80 |
c0246/0 |
d449/0 |
b322/3 |
cd012/1 |
d334/4 |
c402/1 |
d535 |
|
P3×B5 |
d8/879 |
b04/51 |
a89/65 |
b37/83 |
b0268/0 |
f408/0 |
a82/3 |
bc03/1 |
abc85/4 |
c422/1 |
c574 |
|
P3×B6 |
bc8/950 |
a01/54 |
a3/66 |
a99/85 |
b0272/0 |
g384/0 |
a825/3 |
b055/1 |
ab88/4 |
a548/1 |
b602 |
|
P3×B7 |
a27/996 |
a38/54 |
a57/66 |
a24/86 |
a0291/0 |
g377/0 |
a852/3 |
a115/1 |
a967/4 |
a554/1 |
a67/631 |
|
LSD |
44/36 |
464/1 |
992/1 |
304/2 |
0013/0 |
0156/0 |
231/0 |
0395/0 |
269/0 |
0552/0 |
062/17 |
P1، P2 و P3 به‌ترتیب عدم محلول‌پاشی، محلول‌پاشی 5/0 و 1 میلی‌مولار پوترسین.
B1، B2، B3، B4، B5، B6، B7 به‌ترتیب عدم مصرف کودهای زیستی، کاربرد ریزوبیوم، میکوریزا، ریزوبیوم با ازتوباکتر، میکوریزا با ازتوباکتر، ریزوبیوم با میکوریزا، ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم.
میانگین‌های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی‌داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.
P1, P2 and P3 are no putrescine, foliar application 0.5 and 1 mM putrescine, respectively.
B1, B2, B3, B4, B5, B6, and B7 are no application of biofertilizers, application of rhizobium, mycorrhiza, rhizobium with azotobacter, mycorrhiza with azotobacter, rhizobium with mycorrhiza, azotobacter with mycorrhiza and rhizobium, respectively
Means with similar letters in each column are not significantly different based on LSD test.
برخی محققان معتقدند کاربرد میکوریزا از طریق بهبود فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی موجب افزایش محتوای کلروفیل می‌شود (Zare et al., 2015). از این‌رو، در این بررسی علت دیگر افزایش محتوای کلروفیل با کاربرد توأم کودهای زیستی (به ویژه کاربرد توأم میکوریز با ریزوبیوم و ازتوباکتر) می‌تواند ناشی از افزایش به‌ترتیب 08/37، 54/37 و 41/34 درصدی فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز نسبت به شرایط عدم کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین باشد (جدول 4) که با کاهش گونه‌های فعال اکسیژن، مانع از تخریب کلروفیل می‌شود.
یکی از علل تجزیه کلروفیل و یا کاهش محتوای کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئید می‌تواند اتیلن تولیدی در شرایط محدودیت آبی ناشی از زراعت دیم باشد، ولی پلی‌آمین‌ها به‌علت نقش ضد اتیلنی که دارند، مانع از تولید آنزیم‌های مداخله‌کننده در ساخت اتیلن می‌شوند و از تولید رادیکال‌های آزاد که موجب تجزیه کلروفیل می‌شوند، جلوگیری می‌کنند. همچنین، پلی‌آمین‌ها از تخریب کلروفیل از طریق کاهش فعالیت آنزیم‌های هیدرولیتیک روی غشای تیلاکوئید جلوگیری می‌کنند (Valero et al., 2002). پوترسین به‌علت ویژگی آنتی‌اکسیدانی که دارد با ممانعت از تخریب ساختار غشاء کلروپلاست، موجب افزایش محتوای کلروفیل می‌شود (Cohen et al., 2004). در بررسی Hussein و همکاران (2006) نیز کاربرد پوترسین با افزایش تقسیم سلولی و محتوای سایر هورمون‌های گیاهی از قبیل اکسین و جیبرلین و کاهش مقدار اسید آبسیزیک موجب افزایش محتوای کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئید شد. همچنین، کاربرد پوترسین با بهبود فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و افزایش ظرفیت مهار رادیکال‌های آزاد موجب کاهش نشت یونی و افزایش محتوای کلروفیل استویا شده است (Gerami et al., 2019). به نظر می‌رسد کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین با کاهش محتوای پراکسید هیدروژن (جدول 4) به‌واسطه افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز) (جدول 4)، موجب افزایش محتوای کلروفیل برگ و به تبع از آن به افزایش بیوماس ماشک منجر شد (جدول 4).
محتوای آنتوسیانین
بر اساس جدول مقایسه میانگین‌ها (جدول 4) ملاحظه می‌شود که با کاربرد پوترسین و کودهای زیستی محتوای آنتوسیانین بیشتر می‌شود و محلول‌پاشی مقادیر بالایی از پوترسین (یک میلی‌مولار پوترسین) به همراه کاربرد توأم هر سه کود زیستی (ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم) و حتی کاربرد دو گانه میکوریزا با ریزوبیوم، ازتوباکتر با میکوریزا در مقایسه با عدم کاربرد این کودهای زیستی، از محتوای آنتوسیانین بالاتری برخوردار بود. به طوری که بیشترین محتوای آنتوسیانین (0291/0 میکرومول برگرم وزن تر برگ) در کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین به دست آمد (جدول 4)، که این ترکیب تیماری افزایش 74/87 درصدی نسبت به شرایط عدم کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین داشت (جدول 4). از آنجایی که واحدهای سازنده فلاونوئیدها نیاز مبرم به ATP و NADPH دارند و حضور عناصری نظیر نیتروژن و فسفر برای تشکیل ترکیب‌های فوق ضروری است، ازاین‌رو به نظر می‌رسد کودهای زیستی با انحلال بیشتر فسفات و تثبیت نیتروژن و کمک به جذب کارآمد فسفر و نیتروژن توسط ریشه، موجب افزایش محتوای آنتوسیانین شده اند (Hassan, 2009). همچنین، در شرایط تنش فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز PLA به‌عنوان آنزیم کلیدی در مسیر بیوسنتز ترکیبات فنیل پروپانوئیدی افزایش می‌یابد و به افزایش تولید ترکیبات فنلی از جمله آنتوسیانین منجر می‌شود (Keutgen and Pawelzik, 2007). بخشی از افزایش محتوای آنتوسیانین در کاربرد کودهای زیستی به‌ویژه میکوریزا می‌تواند ناشی از تأثیر این کودها در افزایش فعالیت سیستم آنتی‌اکسیدانی باشد (جدول 4). محققان دیگر نیز افزایش محتوای آنتوسیانین‌ها در گیاهان تیمارشده با میکوریزا را به افزایش فعالیت سیستم آنتی‌اکسیدانی به‌منظور کاهش رادیکال‌های آزاد و نیز القا بیان ژن‌های مسیر بیوسنتزی فلاوونوئیدها نسبت دادند (et al., 2016 Tofighi).
در پژوهش حاضر، محتوای آنتوسیانین با کاربرد پوترسین افزایش یافت، در این راستا محققان معتقدند تیمار گیاهان با پلی‌آمین‌ها می‌تواند ژن‌های درگیر در سنتز آنتوسیانین مثل فنیل‌آلانین‌آمونیالیاز و چالکولن‌ایزومراز را تحریک کنند. علاوه بر آن، تجمع پلی‌آمین در بافت‌های گیاهی در معرض تنش با اتصال به ترکیبات آنتوسیانینی از اکسایش آن‌ها جلوگیری کرده و محتوای آن‌ها را بالا می‌برد (Valero et al., 1998). در این بررسی نیز به نظر می‌رسد کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین با کاهش محتوای پراکسیدهیدروژن (جدول 4) به‌واسطه افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز) (جدول 4)، موجب افزایش محتوای آنتوسیانین (جدول 4) شده است.
محتوای پراکسیدهیدروژن (H2O2)
بیشترین محتوای پراکسیدهیدروژن به عدم کاربرد پوترسین و کودهای زیستی تعلق داشت (جدول 4). با افزایش غلظت محلول‌پاشی با پوترسین و کاربرد توأم کودهای زیستی در مقایسه با کاربرد انفرادی این کودها، محتوای پراکسیدهیدروژن با شدت بیشتری کاهش یافت (جدول 4). به طوری که کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین موجب کاهش 37/41 درصدی محتوای پراکسیدهیدروژن نسبت به شرایط عدم کاربرد کودهای زیستی و پوترسین شد (جدول 4). به نظر می‌رسد کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین با بهبود فعالیت آنزیم‌های کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز(جدول 4) موجب کاهش محتوای پراکسیدهیدروژن ماشک شد (جدول 4). کاهش محتوای پراکسیدهیدروژن می‌تواند از تخریب کلروفیل به‌واسطه کاهش گونه‌های فعال اکسیژن جلوگیری کرده و همین امر زمینه لازم برای بهبود فتوسنتز و افزایش بیوماس ماشک را فراهم نماید. در واقع قارچ‌های میکوریزا با تولید جاروب‌کننده‌‌های رادیکال پروکسیل نظیر افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدانی (جدول 4)، پایداری سلولی در برابر رادیکال‌های آزاد و ایجاد سیستم قوی مهارکننده در برابر ROS نقش مهمی دارند (Ashraf and Foolad, 2007). باکتری‌ها نیز با افزایش بیان ژن mRNA آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی ضمن افزایش فعالیت این آنزیم‌ها موجب کاهش محتوای پراکسیدهیدروژن می‌شوند (Gururani et al., 2012). Fornazier و همکاران (2002) اظهار داشتند که مکانیسم دفاع سلولی پلی‌آمین‌ها در برابر تنش، از طریق فعال‌سازی بیان ژن آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی موجب جاروب کردن رادیکال‌های آزاد اکسیژن می‌شود.
فلورسانس کلروفیل (فلورسانس بیشینه (Fm)، فلورسانس متغیر (Fv) و فلورسانس کمینه (F0))
مقایسه میانگین‌ها نشان داد که کاربرد ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین موجب افزایش 68/49 درصدی فلورسانس بیشینه نسبت به شرایط عدم کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین شد (جدول 5). همچنین، کاربرد ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین به‌ترتیب موجب افزایش 9/64 و 17/24 درصدی فلورسانس متغیر و کاهش 24/67 و 46/23 درصدی فلورسانس کمینه نسبت به شرایط عدم کاربرد کودهای زیستی و عدم محلول‌پاشی پوترسین شد (جدول 5). کاربرد توأم میکوریز با ریزوبیوم و ازتوباکتر در مقایسه با کاربرد دوگانه ریزوبیوم با ازتوباکتر، میکوریزا با ازتوباکتر، ریزوبیوم با میکوریزا اثر بیشتری در کاهش فلورسانس کمینه داشت. روند مشابهی نیز در محلول‌پاشی پوترسین مشاهده شد. به طوری که مقادیر بالای محلول‌پاشی پوترسین در مقایسه با مقادیر پایین و عدم محلول‌پاشی، فلورسانس کمینه را بیشتر کاهش داد. هر چقدر مقدار فلورسانس کمینه کمتر باشد، فعالیت‌های فتوسنتزی به‌نحو مطلوبی در جریان است (Andrews et al., 1995) و همین امر می‌تواند یکی از علل اصلی افزایش بیوماس تولیدی در چنین ترکیبات تیماری باشد. فلورسانس کمینه توسط تنش‌های محیطی دچار تغییر می‌شود که علت آن دگرگونی ساختار و تغییر در رنگدانه‌های فتوسیستم II است (Bhardway and Singhal, 1981). کاهش در فلورسانس بیشینه در شرایط تنش نشان‌دهنده اکسیداسیون کمتر QA است که موجب کاهش واکنش‌های فتوشیمیایی در شرایط تنش می‌شود (Wilson and Greaves, 1993). محدودیت آبی ناشی از زراعت دیم با تأثیر منفی که بر آسیمیلاسیون کربن می‌گذارد، ظرفیت پذیرش و انتقال الکترون را کاهش داده، در نتیجه سیستم به سرعت به Fm می‌رسد که نتیجه آن کاهش فلورسانس متغیر (Fv) خواهد بود (جدول 5). ریزجانداران مفید خاکزی از جمله قارچ‌های همزیست مانند میکوریزا در زمان وقوع تنش‌های محیطی با تولید موادی از قبیل اکسین، آنتی‌اکسیدان‌ها، سیتوکنین‌ها وآنزیم ACC دآمیناز به رشد بهتر گیاه و تحمل شرایط نامساعد کمک می‌کنند (Jungwook et al., 2009)، از این رو به کارگیری کودهای زیستی نظیر قارچ میکوریز و باکتری‌های ریزوبیوم و ازتوباکتر تحت شرایط تنش توانست تأثیر مثبتی بر شاخص‌های فلورسانس کلروفیل داشته باشد.
جدول 5- مقایسه میانگین اثر اصلی کاربرد کودهای زیستی و پوترسین بر فلورسانس متغیر و کمینه
Table 5. Means comparison of the main effect biofertilizers and putrescine application on variable and minimum fluorescence
|
کودهای زیستی |
|
سطوح محلول‌پاشی پوترسین |
||||||
|
سطوح کودهای زیستی |
فلورسانس متغیر |
فلورسانس کمینه |
محتوای پرولین (µg.g-1FW) |
|
سطوح محلول‌پاشی پوترسین |
فلورسانس متغیر |
فلورسانس کمینه |
محتوای پرولین (µg.g-1FW) |
|
B1 |
e64/306 |
a51/142 |
g51/6 |
|
P1 |
c52/357 |
a34/130 |
c68/7 |
|
B2 |
e82/329 |
a03/141 |
f02/7 |
|
P2 |
b49/392 |
a22/123 |
b99/7 |
|
B3 |
d53/359 |
a14/133 |
e64/7 |
|
P3 |
a96/443 |
b57/105 |
a66/8 |
|
B4 |
d78/380 |
ab22/129 |
d95/7 |
|
|
|
|
|
|
B5 |
c75/432 |
bc58/110 |
c61/8 |
|
|
|
|
|
|
B6 |
b74/470 |
cd25/96 |
b25/9 |
|
|
|
|
|
|
B7 |
a67/505 |
d21/85 |
a78/9 |
|
|
|
|
|
|
LSD |
79/28 |
248/19 |
229/0 |
|
LSD |
847/18 |
601/12 |
15/0 |
P1، P2 و P3 به‌ترتیب عدم محلول‌پاشی، محلول‌پاشی 5/0 و 1 میلی‌مولار پوترسین.
B1، B2، B3، B4، B5، B6، B7 به‌ترتیب عدم مصرف کودهای زیستی، کاربرد ریزوبیوم، میکوریزا، ریزوبیوم با ازتوباکتر، میکوریزا با ازتوباکتر، ریزوبیوم با میکوریزا، ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم. میانگین‌های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی‌داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.
P1, P2 and P3 are no putrescine, foliar application 0.5 and 1 mM putrescine, respectively.
B1, B2, B3, B4, B5, B6, and B7 are no application of bio fertilizers, application of rhizobium, mycorrhiza, rhizobium with azotobacter, mycorrhiza with azotobacter, rhizobium with mycorrhiza, azotobacter with mycorrhiza and rhizobium, respectively. Means with similar letters in each column are not significantly different based on LSD test.
محتوای پرولین
با افزایش غلظت پوترسین محتوای پرولین افزایش یافت به طوری که بیشترین و کمترین محتوای پرولین به محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین و عدم کاربرد پوترسین (به‌ترتیب 66/8 و 68/7 میکروگرم بر گرم وزن تر برگ) تعلق داشت (جدول 5). روند مشابهی نیز در کاربرد کودهای زیستی مشاهده گردید. بدین صورت که عدم کاربرد کودهای زیستی از کمینه محتوای پرولین برخوردار بود و با کاربرد کودهای زیستی، محتوای پرولین افزایش یافت. در ضمن کاربرد دوگانه کودهای زیستی (میکوریزا با ریزوبیوم، ازتوباکتر با میکوریزا) از محتوای پرولین کمتری در مقایسه با کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریز و ریزوبیوم داشت (جدول 5). بر اساس جدول مقایسه میانگین‌ها (جدول 5)، بیشترین محتوای پرولین (78/9 میکروگرم بر گرم وزن تر برگ) در کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریز و ریزوبیوم و کمترین آن (51/6 میکروگرم بر گرم وزن تر برگ) در عدم کاربرد کودهای زیستی به دست آمد (جدول 5). بر اساس شرایط اقلیمی منطقه مورد کشت، به‌ویژه از نظر نزولات، مشخص می‌شود که ماشک مورد کشت در طول دوره رشدی با محدودیت آبی مواجه است و از آنجایی که گلوتامات پیش ماده کلروفیل و پرولین است، در چنین شرایطی به پرولین تبدیل شده و از محتوای کلروفیل کاسته می‌شود (جدول 4). همچنین، در شرایط محدودیت آبی ﺑﻪﻋﻠﺖ ﺗﺨﺮﻳﺐ پروتئین‌ها، انباشت برخی آﻣﻴﻨﻮاﺳﻴﺪﻫﺎی آزاد به‌منظور ﺗﻨﻈﻴﻢ اﺳﻤﺰی ﺳﻠﻮل ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ علتی ﺑﺮ اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﭘﺮوﻟﻴﻦ ﺑﺎﺷﺪ. بخشی از افزایش محتوای پرولین در کاربرد پوترسین را می‌توان به نقش حمایت‌کننده پلی‌آمین‌ها از پروتئین‌ها و آنزیم‌های دخیل در سنتز پرولین، حفظ فتوسنتز و تعدیل عناصر غذایی نسبت داد (Kianmehr and Mehdizadeh, 2014).
بیوماس کل
مقایسه میانگین‌ها نشان داد بیشترین بیوماس کل (27/996 گرم در متر مربع) در ترکیب تیماری کاربرد توأم ازتوباکتر با میکوریزا و ریزوبیوم و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین و کمترین آن (8/534 گرم در متر مربع) در عدم کاربرد کودهای زیستی و پوترسین به دست آمد (جدول 4). به نظر می‌رسد بخشی از بهبود بیوماس کل در کاربرد کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین ناشی از افزایش محتوای کلروفیل و آنتوسیانین (جدول 4) و افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی و کاهش محتوای پراکسید هیدروژن (جدول 4) باشد. نتایج مشابهی نیز توسط Zare Hassanabdi و همکاران (2020) مبنی بر اینکه همزیستی ریشه گیاه با قارچ میکوریزا با بهبود توانایی گیاه در جذب آب و مواد غذایی و افزایش محتوای کلروفیل و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی موجب افزایش وزن خشک گیاه می‌شود، گزارش شده است. از آنجایی که کاربرد توأم میکوریز با ریزوبیوم و ازتوباکتر در مقایسه با کاربرد دوگانه ریزوبیوم با ازتوباکتر، میکوریزا با ازتوباکتر، ریزوبیوم با میکوریزا اثر بیشتری در افزایش بیوماس کل در واحد سطح داشت (جدول 4)، در این راستا به نظر می‌رسد بخشی از افزایش بیوماس ماشک به‌واسطه کاربرد قارچ میکوریزا می‌تواند ناشی از افزایش جذب نیتروژن، فسفر و پتاسیم (Shirali et al., 2020) و بهبود محتوای کلروفیل (جدول 4) و بخش دیگری از افزایش به‌واسطه کاربرد باکتری‌ها، ناشی از افزایش توان تثبیت زیستی نیتروژن و افزایش دسترسی به این عنصر توسط گیاه باشد (Chandrasekhar et al., 2005) که در افزایش محتوای کلروفیل و ارتقای سیستم فتوسنتزی گیاه و در نهایت بیوماس کل نقش اساسی دارند. به نظر می‌رسد بخشی از افزایش بیوماس در کاربرد پوترسین می‌تواند ناشی از تأثیر این ماده بر هورمون‌های گیاهی از قبیل اکسین و جیبرلین و کاهش مقدار اسید آبسیزیک باشد (Hussein et al., 2006) که موجب بهبود محتوای کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئید و در نهایت افزایش وزن خشک اندام های هوایی می‌شود. بخش دیگری از افزایش بیوماس در کاربرد پوترسین می‌تواند ناشی از تأثیر این ماده در افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی باشد (جدول 5). در این زمینه Hassanpour Nejad وRanjber (2018) افزایش بیوماس گیاه شاهی در کاربرد پوترسین را به بهبود ظرفیت آنتی‌اکسیدانی و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی نسبت دادند. Farsari و Moghaddam (2019) نیز افزایش بیوماس ریحان سبز به‌واسطه کاربرد میکوریزا و پوترسین را به افزایش محتوای کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئید و بهبود فعالیت آنتی‌اکسیدانی نسبت دادند.
جمع‌بندی
کاربرد توأم کودهای زیستی و محلول‌پاشی یک میلی‌مولار پوترسین با افزایش محتوای پرولین و کمک به جذب بهتر آب در شرایط دیمی که گیاه با محدودیت آبی مواجه است و همچنین بهبود فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (کاتالاز، پراکسیداز و پلیفنلاکسیداز) در کمک به کاهش گونه‌های فعال اکسیژن تولیدی در شرایط دیم به افزایش محتوای کلروفیل و بهبود سیستم فتوسنتزی گیاه، کاهش محتوای پراکسیدهیدروژن و افزایش بیوماس کل ماشک گل‌خوشه‌ای منجر شد. بر اساس نتایج آزمایش حاضر، به نظر می‌رسد استفاده از کودهای زیستی و محلول‌پاشی پوترسین با بهبود صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی و تعدیل آثار ناشی از محدودیت آبی در شرایط دیم، می‌تواند به‌منظور بهبود بیوماس کل ماشک گل‌خوشه‌ای روشی مناسب باشد.
تشکر و قدردانی
این مقاله بخشی از طرح پژوهشی مصوب در دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه محقق اردبیلی است که نویسندگان مراتب تشکر و سپاسگزاری خود را از یکایک همکاران ارجمند در حوزه معاونت پژوهشی دانشگاه و دانشکده اعلام می‌کنند.
)