شناسايي مولكولي برخي از ريزجانداران محرك رشد گياهي و بررسي تأثير آن‌ها بر برخي از شاخص‌هاي رشدي گندم

Molecular identification of some plant growth promoting microorganisms and their evaluation on growth characteristic of wheat

سابقه و هدف: گندم يكي از با اهميت‌ترين محصولات غذايي است. در كشاورزي نوين بدليل افزايش جمعيت و تأثير منفي استفاده از كودهاي شيميايي از قبيل آلودگي‌هاي زيست محيطي و به خطر افتادن سلامتي انسان به كارگيري روش‌هاي مناسب از قبيل توليد كودهاي زيستي كه چنين خطراتي را نداشته باشد ضروري بنظر مي‌رسد. قارچ‌ها و باكتري‌هاي افزايش دهنده رشد گياه استفاده شده در كودهاي زيستي ريزجانداران مفيدي هستند كه با سازوكار‌هاي متفاوت به صورت مستقيم و غير مستقيم باعث افزايش رشد، عملكرد و مقاومت گياهان در برابر تنش‌هاي زنده و غير زنده مي‌شوند. با اينكه در سال‌هاي اخير كودهاي زيستي مورد توجه بيشتري قرار گرفته‌اند اما عدم شناسايي دقيق ريزجانداران استفاده شده در توليد اين نوع از كودها يكي از مشكلات كودهاي زيستي در ايران است. عدم شناسايي دقيق گونه ممكن است بدليل نقصان روش‌هاي ريخت‌شناسي و يا بيوشيميايي در قارچ‌ها و باكتري‌ها باشد. بنابر اين هدف از انجام اين تحقيق، شناسايي مولكولي جدايه‌هاي قارچي و باكتري و همچنين بررسي تأثير اين جدايه‌ها به تنهايي و در تركيب با قارچ ميكوريز آربوسكولار روي برخي از خصوصيات رشدي گياه گندم بود. مواد و روش‌ها: پس از تهيه جدايه‌هاي قارچي و باكتريايي از موسسه تحقيقات خاك و آّب، كه تحت عنوان ريزجانداران محرك رشد گياهي شناخته شده‌اند، شناسايي دقيق هر يك از جدايه‌ها به روش ريخت‌شناسي و يا مولكولي صورت پذيرفت. استخراج DNA ژنومي در قارچ ميكوريز آربوسكولار به روش تك اسپور و در ساير جدايه‌هاي باكتري و قارچي به روش مبتني بر CTAB انجام گرفت. تكثير ناحيه ژني 16S rDNA در جدايه‌هاي باكتري، نواحي TEF-1α و ITS1-5.8S-ITS2 در گونه‌هاي تريكودرما، ناحيه ITS1-5.8S-ITS2 در Serendipita indica و ناحيه SSU-ITS1-5.8S-ITS2-LSU به‌روش آشيانه‌اي در قارچ ميكوريز آربوسكولار صورت گرفت. طي يك آزمون گلخانه‌اي، تأثير جدايه‌هاي قارچي و باكتريايي به صورت مجزا و تركيبي همراه و عدم همراه با قارچ ميكوريز آربوسكولار روي شاخص‌هاي رشدي گياه گندم از جمله ارتفاع گياه، وزن خشك هوايي و ريشه، ارتفاع و وزن خوشه و وزن دانه بررسي شدند. يافته‌ها: بر اساس بررسي هاي ريخت شناسي و مولكولي، سه گونه از جنس باسيلوس شامل Bacillus velezensis، B. pumilus وB. subtilis و سه گونه از جنس تريكودرما شامل Trichoderma atroviride، T. longibrachiatum و T. harzianum و گونه‌هاي S. indica و Rhizophagus irregularis شناسايي شدند.از نظر تأثير تيمارهاي مختلف روي وزن خشك هوايي و وزن خوشه، تيمارهاي T. harzianum + R. irregularis و T. longibrachiatum بيشترين وزن را نشان دادند. تيمارهاي T. longibrachiatum + R. irregularis و T. atroviride بيشترين تأثير را روي ارتفاع گياه نشان دادند. گلدان‌هاي تيمار شده باT. harzianum + R. irregularis، T. harzianum، T. atroviride و S. indica + R. irregularis در مقايسه با شاهد بيشترين افزايش وزن دانه را نشان دادند. نتيجه‌گيري: تيمارهاي قارچي T. harzianum + R. irregularis و گونه‌هاي Trichoderma باعث افزايش معني‌دار ويژگي‌هاي رشدي گندم گرديد. بر اساس نتايج اين تحقيق استفاده از زاد‌مايه مناسب تركيبي و تهيه فرمولاسيون‌هاي اوليه براي كاربرد در آزمايش‌هاي مزرعه‌اي جهت افزايش دسترسي مواد غذايي و بهبود رشد گياه گندم پيشنهاد مي‌شود.

Background and objectives: Wheat is one of the most important food crops. In modern agriculture, Due to the increasing human population and the detrimental effects of chemical fertilizer such as environmental pollution and concerns about human health, adapting suitable alternatives like production of bio-fertilizers which have none of these dangerous effects would be necessary. Plant growth-promoting fungi and bacteria used in bio-fertilizers are the beneficial microorganisms that can enhance plant growth, yield and resistance to biotic and abiotic stresses directly or indirectly through a wide variety of mechanisms. Although bio-fertilizers have become more noticeable in recent years, the lack of accurate identification of microorganisms used in the production of these fertilizers is one of the problems of bio-fertilizers in Iran. Failure to accurate identification of species is due to deficiencies in morphological or biochemical methods in fungi and bacteria. Therefore, the purpose of this study was to identify of fungal and bacterial isolates molecularly and also to investigate the effect of these isolates alone and in combination with arbuscular mycorrhizal fungus on some growth characteristics of the wheat plant. Materials and methods: After the preparation of fungal and bacterial isolates from the Soil and Water Research Institute, which are known as plant growth promoting microorganisms, accurate identification of each isolate was performed based on morphological and molecular methods. Extraction of genomic DNA in arbuscular mycorrhizal fungus was done by single-spore method and in other bacterial and fungal isolates by CTAB method. Amplification of 16S rDNA region in bacterial isolates, TEF-1α and ITS1-5.8S-ITS2 regions in Trichoderma species, ITS1-5.8S-ITS2 region in Serendipita indica and SSU-ITS1-5.8S-ITS2- LSU region by nested PCR method in the arbuscular mycorrhizal fungus was performed. To investigate the effect of fungal and bacterial isolates alone or in combination with arbuscular mycorrhizal fungus in a greenhouse, their effect on wheat growth indices such as plant height, shoot and root dry weight, head height and weight and dry weights of seeds were measured. Results: Based on morphological and molecular investigation, three species of Bacillus including Bacillus velezensis, B. pumilus, and B. subtilis and three species of Trichoderma including Trichoderma atroviride, T. longibrachiatum, and T. harzianum and S. indica and Rhizophagus irregularis were identified. T. harzianum + R. irregularis and T. longibrachiatum showed the maximum dry weight and head weight. T. longibrachiatum + R. irregularis and T. atroviride showed the highest effect on plant height. Pots treated with T. harzianum + R. irregularis, T. harzianum, T. atroviride, and S. indica+ R. irregularis showed the highest weight of seeds compared to control plants. Conclusion: The result showed that the effect of fungal treatments such as T. harzianum + R. irregularis and Trichoderma spp. on growth characteristics of wheat was significant. According to the results of this study, the use of an appropriate combination of inoculants and the preparation of primary formulations for use in farm experiments is proposed to increase the availability of nutrients and improve the growth of wheat plants.