*مرتضی
12th May 2010, 09:43 PM
تثبیت ازت در خاک
________________________________________
کودهای بیولوژیک که با استفاده از میکروارگانیسم های مفید خاک تولید می شوند در سالهای اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته اند . مشکلات اقتصادی ناشی از افزایش رو به رشد بهای کود های شیمیایی از یک سو و مسائل زیست محیطی مرتبط با مصرف غیر اصولی این کودها از قبیل ایجاد آلودگیهای محیطی . افت سطح حاصلخیزی خاک و کاهش کیفیت محصولات از سوی دیگر ، موجبات این حسن توجه را فراهم آورده اند. تلاش برای بهره گیری از سیستم های بیولوژیک تثبیت کننده ازت به عنوان مناسبترین جایگزین برای کودهای ازتی ابعاد گستره تری یافته و جلوه های روشنی از امکان تحقق آرمان دیرینه محققان برای استفاده از این پدیده مفید در کشت محصولات استراتژیک مانند انواع غلات ظاهر شده است . یکی از روشهای تولید کود های بیولوژیک استفاده از باکتریهای همیار ( Associative ) است .
همیاری بین باکتریها و گیاهان که همیاری همزیستی ( Associative Symbiosis ) نیز نامیده می شود به معنی ارتباط متقابلا مفید بین باکتریها و گیاهان بدون تشکیل اندام همزیستی خاص می باشد . پتانسیل واقعی تثبیت ازت به این روش در حدی است که میتواند تا 50 درصد از ازت مورد نیاز گیاه را تأمین نماید .
دلایل تثبیت ازت به روش همیاری
- افزایش ازت کل تثبیت شده در بعضی مناطق که تثبیت ازت به روش همیاری می تواند بهترین دلیل برای این افزایش باشد ؛
- احیای استیلن به اتیلن توسط قطعات ریشه ، ریشه و خاک اطراف آن و همچنین توسط گیاه دست نخورده ؛
- وارد شدن N 15 از N2 15 به بعضی گیاهان
انواع همیاری
1- همیاریهای فیلوسفری
فیلو سفر ( سطح برگ گیاهان ) به دلیل عرضه رطوبت و ترکیبات مختلفی از جمله کربوهیدراتها ، جایگاه مناسبی برای فعالیت بعضی میکروارگانیسمها به شمار می رود . باکتریهای گرم منفی و حاوی رنگدانه های زرد و مخمرها در فیلوسفر فراوان تر هستند . بعضی از باکتریهای هتروتروف و سیانو باکتریهای موجود در سطح برگ می توانند ازت مولکولی هوا را تثبیت کنند . این باکتریها از انواع هوازی ، بیهوازی و هتروتروفهای اختیاری هستند .
گیاهان میزبان از جنسهای مختلف گیاهی بوده و از نظر جغرافیایی در تمام نقاط دنیا پراکنده هستند ولی به دلیل بالا بودن میزان رطوبت در مناطق حاره ، فیلوسفر گیاهان این مناطق شرایط مناسب تری را برای فعالیت میکروارگانیسمهای تثبیت کننده ازت فراهم می کند . باکتریهای تثبیت کننده ازت در فیلوسفر بیشتر متعلق به خانواده انتروباکتریاسه و ازتوباکتریاسه هستند . میزان تثبیت ازت توسط این همیاری در حد چند کیلوگرم در هکتار برآورد شده است .
2- همیاریهای ریزوسفری
همیاری بین باکتریهای تثبیت کننده ازت به روش همیاری و گیاهان میزبان بدون تشکیل اندام تمایز یافته خاصی در ریشه این گیاهان صورت می گیرد. باکتریهای همیار ، علاوه بر تثبیت ازت می توانند با ترشح مواد رشد باعث افزایش رشد گیاه شوند . اولین مورد همیاری باکتریها و گیاهان در سال 1972 میان باکتری ازتو باکتر پاسپالی و گیاه پاسپالوم نوتاتوم گزارش گردید. بر آورد شده است که این باکتری می تواند در همیاری با گیاه میزبان سالیانه 90 کیلوگرم در هکتار ازت تثبیت نماید .همچنین مشخص شده است که مقادیر قابل توجهی ازت در اراضی کشاورزی مناطق گرمسیر ( حاره ) مخصوصا در کشتزار های برنج و نیشکر و همچنین در مراتع تثبیت می شود و بررسیها نشان داده است که گیاه برنج می تواند 20 تا 30 درصد از نیاز ازتی خود را از طریق تثبیت بیولوژیک ازت تامین نماید.
بعد از کشف همیاری بین باکتری ازتو باکتر پاسپالی و گیاه پاسپالوم نوتاتوم ، همیاری باکتریها .گراس علفی و غلات در زیست – بومهای طبیعی و کشاورزی در حد وسیعی مورد مطالعه قرار گرفت . این مطالعات منجر به شناسایی جنسها و گونه هایی جدیدی از باکتریهای تثبیت کننده ازت مانند آزوسپیریلوم ، کلبسیلا ، هرباسپیریلوم ، انتروباکتر ، اروینیا ، باسیلوس ، استوباکتر و باکتریهای شبه سودوموناس گردید. از این باکتریها ، مهمترین باکتری که در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است باکتری آزوسپیریلوم می باشد.
همیاری باکتریهای جنس آزوسپیریلوم و گیاهان
اکولوژی و گیاهان میزبان
آزوسپیریلوم یکی از مهمترین میکروارگانیسم های تثبیت کننده ازت در مناطق گرمسیر می باشد. این باکتری با گیاهان تک لپه ای مختلفی از جمله غلات مهم زراعی مانند گندم ، برنج ، ذرت و گیاهان دیگر مانند سورگوم ، نیشکر ، ارزن ، چاودار ، و گراسهای علفی مانند دیجیتاریا و کالار گراس و همچنین با تعدادی از گیاهان دو لپه ای بصورت همیاری زیست می کند . پراکنش جغرافیایی ازوسپیریلوم بسیار گسترده می اشد ، بطوریکه وجود این باکتری در خاک و ریشه گیاهان مناطق معتدل سرد و گرمسیر دنیا گزارش شده است. ولی فراوانی آن در مناطق گرمسیر بیشتر است .
طبقه بندی
باکتریها جنس ازوسپیریلوم از خانواده اسپیریلاسه می باشد. جنسهای دیگر این خانواده آکواسپیریلوم ، هر باسپیریلوم و کامپیلوباکتر هستند. در مورد تاریخچه باید گفت که در سال 1922 بیجرینک باکتری جدیدی کشف کرد و ابتدا آن را ازتوباکتر اسپیریلوم نامید ولی در سال 1925 نام آن را به اسپیریلوم لیپوفروم تغییر داد. توانایی تثبیت ازت توسط این باکتری در سال 1963 بوسیله بکینگ با روش ایزوتوپی 15N مشخص گردید. در سال 1978 تاراند و همکاران با تعیین درصد مولی گوانین و سیتوزین DNA باکتری ، نام ازوسپیریلوم را برای این جنس پیشنهاد کردند زیرا درصد مولی گوانین و سیتوزین DNA این باکتری برابر 71 – 69 بدست آمد که بسیار بیشتر از درصد مربوط به جنس اسپیریلوم بود.
تاکنون بر اساس خصوصیات ظاهری و قرابت ژنتیکی ، پنج گونه از باکتریهای این جنس به نامهای برازیلنس ، لیپوفروم ، آمازوننس ، هالوپریفرنس و ایراکنس شناسایی شده و مورد تایید قرار گرفته است.
تاثیر آزوسپیریلوم بر عملکرد گیاهان مختلف
بر اساس شرایط انتخاب شده مانند تعداد باکتریهای موجود در مایه تلقیح ، مقدار ماده آلی و معدنی خاک ، مخلوط کردن سویه های مختلف و نوع گیاه میزبان ، افزایش عملکردی از 10 تا 30 درصد در عملکرد دانه و وزن خشک گیاهان گندم ، ذرت و سورگوم در نتیجه تلقیح با آزوسپیریلوم گزارش شده است . تلقیح چاودار ، جو و گندم با آزوسپیریلوم برازیلنس ، عملکرد دانه برنج به میزان 7/16 ، گندم 8/21 ، جو 6/26 ، سورگوم 8/26 تا 3/81 ، یولاف 8/43 ، و ارزن 25/66 درصد افزایش یافته است .
تلقیح گندم بهاره با آزوسپیریلوم لیپوفروم در شرایط گلخانه و مزرعه ، عملکرد دانه را از 8 تا 32 درصد ، ازت کل دانه را از 10 تا 15 درصد و وزن هزار دانه را از 13 تا 23 درصد افزایش داده ولی ازت کل اندام هوایی افزایش نیافته و میزان صرفه جویی در مصرف کود ازته در نتیجه تلقیح با آزوسپیریلوم ، به میزان 30 درصد کود ازته مصرفی گزارش شده است . میزان افزایش وزن خشک نوعی ارزن در اثر تلقیح با سویهCd آزوسپیریلوم تا حد 5/18 درصد گزارش شده است.
وزن خشک و ازت کل این گیاه در آزمایش دیگری که انجام شده ، از 50 تا 200 درصد افزایش یافته است در این آزمایش ، مقدار افزایش ازت کل اندام هوایی گیاه ذرت 15 تا 37 درصد گزارش گردیده است.
تلقیح بذر گیاه ذرت با آزوسپیریلوم در حد 107 باکتری به ازای هر بذر ، افزایش وزن خشک اندام هوایی و وزن خشک ریشه را به دنبال داشته است ولی این افزایش در حد معنی داری نبوده در صورتی که سطح ریشه تا حد معنی داری افزایش یافته است ، در این آزمایش با افزایش تعداد باکتریهای تلقیح شده به بذر از 107 به 109 ، سطح ویژه ریشه ، وزن خشک ریشه و اندام هوایی تا حد معنی داری کاهش پیدا کرده است . مشاهده شده که تاثیر تلقیح بذر ذرت و یا گیاهچه ذرت با همدیگر اختلافی نداشته است.
همچنین وقتی مقدار ماده آلی موجود در مخلوط کشت گیاه به بیش از 1 درصد وزنی رسیده ، سطح ویژه ریشه افزایش پیدا نکرده است. افزایش عملکرد دانه گندم تا حد 25 درصد و افزایش ازت کل اندام هوایی تا حد 39 درصد نیز گزارش شده است ، در این آزمایش سویه های جدا شده از واریته های بومی گندم در مقایسه با سویه SP108st آزوسپیریلوم لیپوفروم ، این افزایش ها را باعث شده اند ، از این نتایج ، می توان فهمید که باکتریهای بومی همیاری بهتری با واریته های گیاهان بومی ایجاد می کنند و علت آن هم می تواند سازگاری با شرایط محیطی و توانایی رقابت بیشتر این باکتریها نسبت به باکتریهای غیر بومی ( مانند سویه SP108st در این آزمایش ) باشد.
آزمایشهای مزرعه ای انجام شده در برزیل نشان داده که تلقیح بذر گندم با دو سویه -nir آزوسپیریلوم برازیلنس جدا شده از ریشه های استریل سطحی شده گندم ، وزن خشک اندام هوایی را از 16 تا 69 درصد و ازت کل اندام هوایی را در مرحله خوشه رفتن گیاه از 30 تا 89 درصد افزایش داده است ، در این آزمایش تعداد آزوسپیریلوم های موجود در ریشه های استریل سطحی شده ( با کلرامین T ) با ازت کل اندام هوایی همبستگی نشان داده ولی تعداد این باکتریها در ریشه های غیر استریل با اندام هوایی همبستگی نداشته است . در این بررسی ، چون افزایش ازت کل بیشتر از افزایش وزن خشک گیاه گردیده نتیجه گرفته شده که تلقیح آزوسپیریلوم باعث افزایش جذب ازت توسط گیاه گردیده است.
در آزمایشهای انجام شده در مصر ، تلقیح گیاه ذرت با آزوسپیریلوم در شرایط گلخانه ای ، وزن خشک را تا 2 برابر و ازت کل را تا 57/1 برابر افزایش داده است و این افزایش ها با افزایش تولید ATP در ریزوسفر و فعالیت نیتروژناز و تعداد آزوسپیریلومها در ریزوسفر ( 6/1 برابر ) همبستگی داشته است.علاوه بر این ، اضافه کردن کاه ذرت به مقدار 5 درصد وزنی به خاک ، باعث افزایش تعداد میکروارگانیزمها در ریزوسفر ( بصورت افزایش ATP به مقدار 1/4 برابر ) ، افزایش تثبیت ازت به صورت فعالیت آنزیم نیتروژناز به مقدار 92/3 برابر ، افزایش وزن خشک ( 76/1 برابر ) و افزایش ازت کل گیاه گردیده است. در این آزمایش اشاره شده که اضافه کردن کاه همراه با تلقیح آزوسپیریلوم ، شرایط مناسبی را برای انجام تثبیت ازت توسط این باکتری فراهم نموده و فعالیت آنزیم نیتروژناز ، 54/5 برابر ، وزن خشک تا حد 43/3 برابر و ازت کل به مقدار 96/1 برابر نسبت به شاهد افزایش نشان داده است. در شرایط مزرعه ای ، تلقیح گیاه گندم با آزوسپیریلوم باعث افزایش کاه از 5/1 تا 7/1 برابر ، عملکرد دانه از 8/1 تا 7/2 برابر و ازت کل از 2/1 تا 3/1 برابر شده است و کاربرد 200 کیلوگرم ازت در هکتار ، فعالیت نیتروژناز را تا حد زیادی کاهش داده و اثر تلقیح با آزوسپیریلوم وقتی معنی دار شده که مقدار مصرفی حدود 45 کیلوگرم در هکتار بوده است.
بر اساس تحقیقات فالیک و اوکن ( 1978 ) ، برای افزایش سطح ویژه ریشه ذرت ، تعداد آزوسپیریلوم باید به حداقل ده برابر جمعیت میکروبی ریزوسفر باشد. این محققان اظهار کرده اند که افزایش سطح ویژه ریشه ، خصوصیتی است که ویژه آزوسپیریلوم می باشد زیرا آزوسپیریلوم توانایی رقابت با سایر باکتریها در اشغال جایگاههای موجود بر روی ریشه را دارد. در این تحقیقات ، استفاده از 109 باکتری آزوسپیریلوم برای هر گیاه باعث کاهش وزن خشک اندام هوایی و کاهش سطح ویژه ریشه گردیده است . این محققان علت احتمالی کاهش سطح ویژه ریشه در گیاهچه های ذرت را به تولید مقدار زیاد هورمونهای اکسین ، سیتوکینین و جیبرلین توسط آزوسپیریلوم نسبت داده اند ، زیرا مقدار زیاد این هورمونها باعث توقف رشد ریشه می گردد. تلقیح با آزوسپیریلوم از طریق افزایش سیستم ریشه ، باعث افزایش جذب P ، N و K توسط ریشه ذرت و سورگوم شده است ، علاوه بر این ، زمان لازم برای گلدهی و خوشه دهی گیاه Setaria italic کاهش یافته است.
آزمایشهای گلخانه ای که با روش 15 2 N یا با روشن رقت ایزوتوپی 15 N انجام گرفته نشان داده ازت مولکولی ( 2N ) در ترکیبهای گیاهان تلقیح شده وارد شده است ولی مقدار ازت تثبیت شده ای که توسط باکتری به گیاه وارد شده ناچیز بوده است . تلقیح گیاه گندم ( گیاه 3 C ) ، سورگوم و پانیکوم ( گیاهان 4 C ) با آزوسپیریلوم برازیلنس در سیستمهای استریل و غیر استریل باعث خوشه دهی و گلدهی زودتر شده و وزن کل اندام هوایی ، وزن کل ریشه ، ازت کل ، ارتفاع گیاه و طول برگ ، تا حد زیادی افزایش یافته است . همچنین در گندم ، تلقیح باعث افزایش تعداد سنبلچه ها در سنبله ( خوشه ) گردیده ، رنی و لارسون نیز افزایش وزن خشک و درصد ازت در گندم بهاره تلقیح شده با آزوسپیریلوم برازیلنس را گزارش کرده اند .
تلقیح بذر گندم با سویه –nir آزوسپیریلوم لیپوفروم همراه با کاربرد 40 کیلوگرم ازت در هکتار باعث افزایش عملکرد دانه به میزان 30 درصد شده است و با کاربرد 80 کیلو گرم ازت در هکتار افزایش عملکرد دانه به 36 درصد رسیده است .در این آزمایش ، عملکرد کاه گندم نیز به ترتیب 18 و 28 درصد افزایش پیدا کرده است ( در مقایسه با کاربرد 40 و 80 کیلوگرم ازت بدون تلقیح ) و تلقیح باعث صرفه جویی در ازت مصرفی به میزان 40 کیلو گرم در هکتار شده است.
نتایج آزمایشهای مزرعه ای انجام شده ، توسط ریندرز و ولاساک نشان داد که تلقیح بذر گندم با آزوسپیریلوم ، بطور متوسط باعث افزایش عملکرد دانه ، از 9 تا 15 درصد گردیده است.
تلقیح گندم در شرایط مزرعه ، با آزوسپیریلوم برازیلنس باعث افزایش وزن خشک گیاه از 13 تا 15 درصد و افزایش عملکرد دانه به میزان 5 تا 7 درصد شده و همچنین تلقیح باعث افزایش تعداد پنجه ها در واحد سطح و افزایش ازت کل شده است . آزمایش احیای استیلن نشان داده است که بیشترین مقدار تثبیت ازت در گیاه Setaria italica در طی مرحله گلدهی صورت می گیرد . تلقیح با آزوسپیریلوم در پتانسیل آبی برگ گیاهان ذرت و سورگوم کشت شده در مزرعه نیز موثر بوده است.
آزمایشهای انجام شده در لئوناردجار با خاکهای مختلف استریل شده نشان داد که تلقیح گیاهان ذرت و Setaria italic با سویه های مختلف آزوسپیریلوم برازیلنس ( 7 Sp ، 80 SP ، Cd ) و یک سویه محلی آزوسپیریلوم برازیلنس ، باعث شده که وزن خشک از 50 تا 100 درصد، ازت کل برگها از 50 تا 100 درصد و تولید اتیلن از 300 تا 1000 مول نانومول در گیاه در ساعت افزایش پیدا کند و بیشترین میزان اتیلن در درجه حرارت بالای 30 C و شدت نور زیاد، تولید گردد. افزایش های معنی دار در وزن خشک و ازت کل گیاه S.italica مشاهده گردیده، وزن خشک و ازت کل در شن به ترتیب 80 و 150 درصد ، در خاک لوم شنی ، 80 و 75 درصد و در خاک لس ، 37 و 25 درصد افزایش پیدا کرده است. با استفاده از روشهای تراز عملکرد ازت و رقت 15N مشخص شده که گندم بهاره تلقیح شده با آزوسپیریلوم ، در مرحله ساقه دهی ، 20 درصد ازت ( 15N و 14N ) بیشتر از گیاهان تلقیح نشده داشته است ولی میزان این اختلاف ازت در دانه گندم ، کمتر بوده و سهم ازت مولکولی هوا به ازت کل دانه ها در گیاهان تلقیح شده ، ناچیز بوده است . بر این اساس نتیجه گرفته شده است که سهم ازت تثبیت شده بوسیله آزوسپیریلوم در تغذیه گندم بهاره ، بسیار کم می باشد.
نتایج مشابهی نیز بوسیله لت بریج و دیویدسون (1983) گزارش شده و عنوان شده است که سهم ازت اتمسفری در تغذیه گیاهان گندم مورد مطالعه ، در غیاب کربوهیدراتهای مناسب ناچیز می باشد. در مواردی هم آزوسپیریلوم از طریق افزایش جذب یون نیترات بوسیله گیاه باعث افزایش رشد گیاه شده است. این موارد در قطعات ریشه ذرت تلقیح شده با آزوسپیریلوم ، گندم رشد داده شده در سیستمهای آب کشتی و در سورگوم کشت شده در شرایط مزرعه ای ، گزارش شده است.
تلقیح بذر گیاه ذرت با سویه Cd یا سویه 7SP آزوسپیریلوم برازیلنس باعث افزایش جذب K ، 3NO + و -4PO2H از 30 تا50 درصد( نسبت به شاهد) گردیده است و نتیجه گرفته شده که افزایش جذب یونها در اثر تلقیح گیاه با آزوسپیریلوم می تواند نقش مهمی در افزایش رشد گیاه داشته باشد. در شرایط کمبود عناصر غذایی ، آزوسپیریلوم می تواند راند مان جذب عناصر غذایی اضافه شده را با کمک کردن به گیاه در جذب این عناصر بیشتر نماید و این نقش ، مشابه با نقش میکوریز در بازیافت فسفر می باشد.
گزارشهای متعددی مبنی بر اینکه تلقیح با آزوسپیریلوم ، فعالیت آنزیم نیتروژناز را در ریشه گیاه افزایش داده است وجود دارد. به عنوان مثال ، آزمایشهای گلخانه ای انجام شده با گیاه Setaria italica تلقیح شده با سویه Cd آزوسپیریلوم باعث افزایش احیای استیلن توسط گیاه دست نخورده شده است . مقدار اتیلن تولید شده ( ازت تثبیت ) به اندازه ای است که می تواند باعث افزایش ازت کل گیاه شود ( 1 تا 5/2 میکرومول اتیلن در گیاه در ساعت ). اوکن و همکاران ، بر اساس آزمایشهای انجام شده با گاز 215N ، گزارش کرده اند که فقط حدود 5 درصد از ازت تثبیت شده به بافتهای گیاه انتقال می یابد.
رنی گزارش کرد که تلقیح گیاه ذرت با سویه 7SP آزوسپیریلوم برازیلنس افزایشی برابر با 18 درصد در وزن خشک و ازت کل گیاه را بدنبال داشته و از این مقدار ، 6/12 درصد از ازت کل گیاه ناشی از تثبیت ازت بوده است . گزارشهای دیگری نیز مبنی بر افزایش ازت کل گیاه در خاکهای فقیر از ازت در نتیجه تثبیت ازت بوسیله آزوسپیریلوم ، در مورد سورگوم تلقیح شده با سویه Cd آزوسپیریلوم برازیلنس و گندم تلقیح شده با سویه 108SP آزوسپیریلوم لیپوفروم ، وجود دارد.
گزارشهای متعددی هم از پاسخهای عملکردی گیاهان، در سطوح متوسط یا بالای ازت در مورد ، سورگوم،گراسهای علوفه ای و گندم، ارائه شده است.
با استفاده از روش رفت ایزوتوپی 15N برای کمی کردن سهم ازت حاصل از BNF ( تثبیت بیولوژیک ازت ) در تغذیه گیاهان علفی مختلف ، نشان داده شده که گیاه Brachiaria decumbens می تواند حتی تا 40 درصد ازت مورد نیاز خود را از طریق تأمین نماید. گزارش شده که در مناطق گرمسیری تلقیح ذرت با آزوسپیریلوم ، می تواند 10 تا 20 درصد از ازت مورد نیاز را در اختیار گیاه قرار دهد و با توجه به سطح زیر کشت این محصول سالیانه میلیونها تن کود ازته صرفه جویی می شود.
سانتا و همکاران (2004) با انجام دو آزمایش مزرعه ای در برزیل ، تاثیر تلقیح سویه های 7-RAM و 5-RAM از آزوسپیریلوم را بر روی ذرت رقم 909-Cargill برسی کردند. در این آزمایش ، تاثیر تلقیح سویه های مورد بررسی همراه با سطوح مختلف ازت یا بدون آن با شاهد بدون تلقیح مقایسه گردیدند. تلقیح ساده بذر ذرت با سویه 7-RAM عملکرد دانه را در مقایسه با شاهد افزایش داد ولی این افزایش از نظر آماری معنی دار نبود. تلقیح آزوسپیریلوم همراه با سطوح بالای ازت باعث افزایش معنی دار عملکرد دانه ، ازت کل دانه و چربی کل دانه ذرت در مقایسه با شاهد گردید.افزایش عملکرد ذرت با کاربرد مایه تلقیح آزوسپیریلوم همراه با 150 کیلوگرم ازت در هکتار بدست آمد. تلقیح سویه 5-RAM نیز باعث افزایش عملکرد گردید ولی این افزایش از نظر آماری معنی دار نبود. در هر دو آزمایش ، تلقیح سویه های 7-RAM و 5- RAM آزوسپیریلوم باعث صرفه جویی به میزان 40 درصد در مصرف کود های ازته گردید.
آزمایشهای گلخانه ای انجام شده توسط بادی و همکاران در برزیل ، نشان داد که تلقیح گیاه گندم با سویه های ، 2450SP ،107SP و 7SP آزوسپیریلوم برازیلنس ، تا مرحله گلدهی ، تأثیری در وزن خشک ، ازت کل با 15N نداشته و در مرحله آخر رشد ، یعنی مرحله تولید دانه ، افزایش وزن خشک معنی دار نشده ولی افزایش ازت کل دانه به مقدار زیادی افزایش یافته ، بطوری که این مقدار بطور متوسط 44 درصد بیشتر از گیاهان تلقیح نشده بوده است ، با روش 15N نشان داده شده که افزایش ازت کل در نتیجه تثبیت ازت توسط سویه های آزوسپیریلوم نبوده و ممکن است به دلیل تولید هورمونهای رشد بوسیله باکتریها یا افزایش جذب ازت خاک توسط گیاه تلقیح شده با این سویه ها باشد . در آزمایش مزرعه ای انجام شده توسط این محققان ، تلقیح گیاه گندم با سویه های 246SP ، 245SP آزوسپیریلوم برازیلنس و سویه AmYTr آزوسپیریلوم آمازوننس ، باعث افزایش معنی دار وزن خشک و ازت کل اندام هوایی در مرحله گلدهی و افزایش ازت کل دانه در مرحله رسیدن گردیده، این آزمایش اولین آزمایش بوده که در آن از آزوسپیریلوم آمازوننس برای تلقیح گیاه گندم استفاده شده است ، هر سه سویه لز ریشه گندم جدا شده بودند. سویه هایی را که از ریشه یک گیاه جدا شده و سپس برای تلقیح همان گیاه مورد استفاده قرار می دهند، سویه همولوگ می نامند.
در این آزمایش ، تلقیح با سویه های همولوگ نسبت به سویه های غیر همولوگ تأثیری بیشتری در افزایش عملکرد گیاه گندم داشته است. فریتاس و همکاران نیز افزایش عملکرد دانه و ازت کل در ذرت تلقیح شده با سویه 242SP آزوسپیریلوم لیپوفروم جدا شده از ریشه استریل سطحی شده ذرت را گزارش نموده و اشاره کرده اند که سویه غیر همولوگ st109SP آزوسپیریلوم برازیلنس جدا شده از ریشه برنج ، چنین افزایشی را ایجاد نکرده است. در تمام غلاتی که مورد مطالعه قرار گرفته اند ، مشاهده شده که تثبیت ازت همیشه در طول مرحله زایشی نسبت به مراحل دیگر بیشتر بوده است، ولی بعضی از محققان دریافتند که تلقیح گندم در مراحل اولیه رشد رویشی مخصوصاً در مرحله پنجه دهی گندم موثر می باشد. در مورد انتقال ازت تثبیت شده توسط ازوسپیریلوم به گیاه میزبان ، ونیگر و همکاران با استفاده از روش رقت ایزوتوپی 15N نشان دادند که 3/3 درصد از ازت موجود در ریشه و 6/1 درصد از ازت موجود در اندام هوایی گیاه گندم تلقیح شده با آزوسپیریلوم برازیلنس ، منشاء اتمسفری دارد، همچنین قسمت اعظم ازت تثبیت شده در ریشه باقی می ماند.
افزایش عملکرد در اثر تلقیح با ازوسپیریلوم ، به گیاهان تک لپه مانند گیاهان خانواده گندمیان (گرامینه) و سایر گراسها محدود نمی شود ، آزمایشهای انجام شده حاکی از این است که تلقیح گیاهان نخود که بطور طبیعی دارای گره بندی بوده اند، در شرایط گلخانه ای باعث افزایش معنی دار تعداد گرهها شده است. در آزمایشهای مزرعه ای ، تلقیح نخود با آزوسپیریلوم یک هفته بعد از جوانه زدن گیاه، عملکرد دانه این گیاهان را افزایش داده ولی تاثیری در عملکرد وزن خشک نداشته است . همچنین تلقیح گیاه ماش در شرایط گلخانه ای و مزرعه ای باعث افزایش فعالیت احیای استیلن ( تثبیت ازت) گردیده است. تلقیح آزوسپیریلوم ، همراه با ریزوبیوم ویژه گیاه Hedysarum coronarium Sulla Clover در هفت روز بعد از جوانه زدن ، در مقایسه با ریزوبیوم تنها ، باعث افزایش احیای استیلن در این گیاه شده است.
دکتر محمد جواد روستا، استادیار مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی فارس
منبع : فصلنامه نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی – سال چهارم – شماره سیزدهم – پاییز 1385
________________________________________
کودهای بیولوژیک که با استفاده از میکروارگانیسم های مفید خاک تولید می شوند در سالهای اخیر مورد توجه بیشتری قرار گرفته اند . مشکلات اقتصادی ناشی از افزایش رو به رشد بهای کود های شیمیایی از یک سو و مسائل زیست محیطی مرتبط با مصرف غیر اصولی این کودها از قبیل ایجاد آلودگیهای محیطی . افت سطح حاصلخیزی خاک و کاهش کیفیت محصولات از سوی دیگر ، موجبات این حسن توجه را فراهم آورده اند. تلاش برای بهره گیری از سیستم های بیولوژیک تثبیت کننده ازت به عنوان مناسبترین جایگزین برای کودهای ازتی ابعاد گستره تری یافته و جلوه های روشنی از امکان تحقق آرمان دیرینه محققان برای استفاده از این پدیده مفید در کشت محصولات استراتژیک مانند انواع غلات ظاهر شده است . یکی از روشهای تولید کود های بیولوژیک استفاده از باکتریهای همیار ( Associative ) است .
همیاری بین باکتریها و گیاهان که همیاری همزیستی ( Associative Symbiosis ) نیز نامیده می شود به معنی ارتباط متقابلا مفید بین باکتریها و گیاهان بدون تشکیل اندام همزیستی خاص می باشد . پتانسیل واقعی تثبیت ازت به این روش در حدی است که میتواند تا 50 درصد از ازت مورد نیاز گیاه را تأمین نماید .
دلایل تثبیت ازت به روش همیاری
- افزایش ازت کل تثبیت شده در بعضی مناطق که تثبیت ازت به روش همیاری می تواند بهترین دلیل برای این افزایش باشد ؛
- احیای استیلن به اتیلن توسط قطعات ریشه ، ریشه و خاک اطراف آن و همچنین توسط گیاه دست نخورده ؛
- وارد شدن N 15 از N2 15 به بعضی گیاهان
انواع همیاری
1- همیاریهای فیلوسفری
فیلو سفر ( سطح برگ گیاهان ) به دلیل عرضه رطوبت و ترکیبات مختلفی از جمله کربوهیدراتها ، جایگاه مناسبی برای فعالیت بعضی میکروارگانیسمها به شمار می رود . باکتریهای گرم منفی و حاوی رنگدانه های زرد و مخمرها در فیلوسفر فراوان تر هستند . بعضی از باکتریهای هتروتروف و سیانو باکتریهای موجود در سطح برگ می توانند ازت مولکولی هوا را تثبیت کنند . این باکتریها از انواع هوازی ، بیهوازی و هتروتروفهای اختیاری هستند .
گیاهان میزبان از جنسهای مختلف گیاهی بوده و از نظر جغرافیایی در تمام نقاط دنیا پراکنده هستند ولی به دلیل بالا بودن میزان رطوبت در مناطق حاره ، فیلوسفر گیاهان این مناطق شرایط مناسب تری را برای فعالیت میکروارگانیسمهای تثبیت کننده ازت فراهم می کند . باکتریهای تثبیت کننده ازت در فیلوسفر بیشتر متعلق به خانواده انتروباکتریاسه و ازتوباکتریاسه هستند . میزان تثبیت ازت توسط این همیاری در حد چند کیلوگرم در هکتار برآورد شده است .
2- همیاریهای ریزوسفری
همیاری بین باکتریهای تثبیت کننده ازت به روش همیاری و گیاهان میزبان بدون تشکیل اندام تمایز یافته خاصی در ریشه این گیاهان صورت می گیرد. باکتریهای همیار ، علاوه بر تثبیت ازت می توانند با ترشح مواد رشد باعث افزایش رشد گیاه شوند . اولین مورد همیاری باکتریها و گیاهان در سال 1972 میان باکتری ازتو باکتر پاسپالی و گیاه پاسپالوم نوتاتوم گزارش گردید. بر آورد شده است که این باکتری می تواند در همیاری با گیاه میزبان سالیانه 90 کیلوگرم در هکتار ازت تثبیت نماید .همچنین مشخص شده است که مقادیر قابل توجهی ازت در اراضی کشاورزی مناطق گرمسیر ( حاره ) مخصوصا در کشتزار های برنج و نیشکر و همچنین در مراتع تثبیت می شود و بررسیها نشان داده است که گیاه برنج می تواند 20 تا 30 درصد از نیاز ازتی خود را از طریق تثبیت بیولوژیک ازت تامین نماید.
بعد از کشف همیاری بین باکتری ازتو باکتر پاسپالی و گیاه پاسپالوم نوتاتوم ، همیاری باکتریها .گراس علفی و غلات در زیست – بومهای طبیعی و کشاورزی در حد وسیعی مورد مطالعه قرار گرفت . این مطالعات منجر به شناسایی جنسها و گونه هایی جدیدی از باکتریهای تثبیت کننده ازت مانند آزوسپیریلوم ، کلبسیلا ، هرباسپیریلوم ، انتروباکتر ، اروینیا ، باسیلوس ، استوباکتر و باکتریهای شبه سودوموناس گردید. از این باکتریها ، مهمترین باکتری که در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است باکتری آزوسپیریلوم می باشد.
همیاری باکتریهای جنس آزوسپیریلوم و گیاهان
اکولوژی و گیاهان میزبان
آزوسپیریلوم یکی از مهمترین میکروارگانیسم های تثبیت کننده ازت در مناطق گرمسیر می باشد. این باکتری با گیاهان تک لپه ای مختلفی از جمله غلات مهم زراعی مانند گندم ، برنج ، ذرت و گیاهان دیگر مانند سورگوم ، نیشکر ، ارزن ، چاودار ، و گراسهای علفی مانند دیجیتاریا و کالار گراس و همچنین با تعدادی از گیاهان دو لپه ای بصورت همیاری زیست می کند . پراکنش جغرافیایی ازوسپیریلوم بسیار گسترده می اشد ، بطوریکه وجود این باکتری در خاک و ریشه گیاهان مناطق معتدل سرد و گرمسیر دنیا گزارش شده است. ولی فراوانی آن در مناطق گرمسیر بیشتر است .
طبقه بندی
باکتریها جنس ازوسپیریلوم از خانواده اسپیریلاسه می باشد. جنسهای دیگر این خانواده آکواسپیریلوم ، هر باسپیریلوم و کامپیلوباکتر هستند. در مورد تاریخچه باید گفت که در سال 1922 بیجرینک باکتری جدیدی کشف کرد و ابتدا آن را ازتوباکتر اسپیریلوم نامید ولی در سال 1925 نام آن را به اسپیریلوم لیپوفروم تغییر داد. توانایی تثبیت ازت توسط این باکتری در سال 1963 بوسیله بکینگ با روش ایزوتوپی 15N مشخص گردید. در سال 1978 تاراند و همکاران با تعیین درصد مولی گوانین و سیتوزین DNA باکتری ، نام ازوسپیریلوم را برای این جنس پیشنهاد کردند زیرا درصد مولی گوانین و سیتوزین DNA این باکتری برابر 71 – 69 بدست آمد که بسیار بیشتر از درصد مربوط به جنس اسپیریلوم بود.
تاکنون بر اساس خصوصیات ظاهری و قرابت ژنتیکی ، پنج گونه از باکتریهای این جنس به نامهای برازیلنس ، لیپوفروم ، آمازوننس ، هالوپریفرنس و ایراکنس شناسایی شده و مورد تایید قرار گرفته است.
تاثیر آزوسپیریلوم بر عملکرد گیاهان مختلف
بر اساس شرایط انتخاب شده مانند تعداد باکتریهای موجود در مایه تلقیح ، مقدار ماده آلی و معدنی خاک ، مخلوط کردن سویه های مختلف و نوع گیاه میزبان ، افزایش عملکردی از 10 تا 30 درصد در عملکرد دانه و وزن خشک گیاهان گندم ، ذرت و سورگوم در نتیجه تلقیح با آزوسپیریلوم گزارش شده است . تلقیح چاودار ، جو و گندم با آزوسپیریلوم برازیلنس ، عملکرد دانه برنج به میزان 7/16 ، گندم 8/21 ، جو 6/26 ، سورگوم 8/26 تا 3/81 ، یولاف 8/43 ، و ارزن 25/66 درصد افزایش یافته است .
تلقیح گندم بهاره با آزوسپیریلوم لیپوفروم در شرایط گلخانه و مزرعه ، عملکرد دانه را از 8 تا 32 درصد ، ازت کل دانه را از 10 تا 15 درصد و وزن هزار دانه را از 13 تا 23 درصد افزایش داده ولی ازت کل اندام هوایی افزایش نیافته و میزان صرفه جویی در مصرف کود ازته در نتیجه تلقیح با آزوسپیریلوم ، به میزان 30 درصد کود ازته مصرفی گزارش شده است . میزان افزایش وزن خشک نوعی ارزن در اثر تلقیح با سویهCd آزوسپیریلوم تا حد 5/18 درصد گزارش شده است.
وزن خشک و ازت کل این گیاه در آزمایش دیگری که انجام شده ، از 50 تا 200 درصد افزایش یافته است در این آزمایش ، مقدار افزایش ازت کل اندام هوایی گیاه ذرت 15 تا 37 درصد گزارش گردیده است.
تلقیح بذر گیاه ذرت با آزوسپیریلوم در حد 107 باکتری به ازای هر بذر ، افزایش وزن خشک اندام هوایی و وزن خشک ریشه را به دنبال داشته است ولی این افزایش در حد معنی داری نبوده در صورتی که سطح ریشه تا حد معنی داری افزایش یافته است ، در این آزمایش با افزایش تعداد باکتریهای تلقیح شده به بذر از 107 به 109 ، سطح ویژه ریشه ، وزن خشک ریشه و اندام هوایی تا حد معنی داری کاهش پیدا کرده است . مشاهده شده که تاثیر تلقیح بذر ذرت و یا گیاهچه ذرت با همدیگر اختلافی نداشته است.
همچنین وقتی مقدار ماده آلی موجود در مخلوط کشت گیاه به بیش از 1 درصد وزنی رسیده ، سطح ویژه ریشه افزایش پیدا نکرده است. افزایش عملکرد دانه گندم تا حد 25 درصد و افزایش ازت کل اندام هوایی تا حد 39 درصد نیز گزارش شده است ، در این آزمایش سویه های جدا شده از واریته های بومی گندم در مقایسه با سویه SP108st آزوسپیریلوم لیپوفروم ، این افزایش ها را باعث شده اند ، از این نتایج ، می توان فهمید که باکتریهای بومی همیاری بهتری با واریته های گیاهان بومی ایجاد می کنند و علت آن هم می تواند سازگاری با شرایط محیطی و توانایی رقابت بیشتر این باکتریها نسبت به باکتریهای غیر بومی ( مانند سویه SP108st در این آزمایش ) باشد.
آزمایشهای مزرعه ای انجام شده در برزیل نشان داده که تلقیح بذر گندم با دو سویه -nir آزوسپیریلوم برازیلنس جدا شده از ریشه های استریل سطحی شده گندم ، وزن خشک اندام هوایی را از 16 تا 69 درصد و ازت کل اندام هوایی را در مرحله خوشه رفتن گیاه از 30 تا 89 درصد افزایش داده است ، در این آزمایش تعداد آزوسپیریلوم های موجود در ریشه های استریل سطحی شده ( با کلرامین T ) با ازت کل اندام هوایی همبستگی نشان داده ولی تعداد این باکتریها در ریشه های غیر استریل با اندام هوایی همبستگی نداشته است . در این بررسی ، چون افزایش ازت کل بیشتر از افزایش وزن خشک گیاه گردیده نتیجه گرفته شده که تلقیح آزوسپیریلوم باعث افزایش جذب ازت توسط گیاه گردیده است.
در آزمایشهای انجام شده در مصر ، تلقیح گیاه ذرت با آزوسپیریلوم در شرایط گلخانه ای ، وزن خشک را تا 2 برابر و ازت کل را تا 57/1 برابر افزایش داده است و این افزایش ها با افزایش تولید ATP در ریزوسفر و فعالیت نیتروژناز و تعداد آزوسپیریلومها در ریزوسفر ( 6/1 برابر ) همبستگی داشته است.علاوه بر این ، اضافه کردن کاه ذرت به مقدار 5 درصد وزنی به خاک ، باعث افزایش تعداد میکروارگانیزمها در ریزوسفر ( بصورت افزایش ATP به مقدار 1/4 برابر ) ، افزایش تثبیت ازت به صورت فعالیت آنزیم نیتروژناز به مقدار 92/3 برابر ، افزایش وزن خشک ( 76/1 برابر ) و افزایش ازت کل گیاه گردیده است. در این آزمایش اشاره شده که اضافه کردن کاه همراه با تلقیح آزوسپیریلوم ، شرایط مناسبی را برای انجام تثبیت ازت توسط این باکتری فراهم نموده و فعالیت آنزیم نیتروژناز ، 54/5 برابر ، وزن خشک تا حد 43/3 برابر و ازت کل به مقدار 96/1 برابر نسبت به شاهد افزایش نشان داده است. در شرایط مزرعه ای ، تلقیح گیاه گندم با آزوسپیریلوم باعث افزایش کاه از 5/1 تا 7/1 برابر ، عملکرد دانه از 8/1 تا 7/2 برابر و ازت کل از 2/1 تا 3/1 برابر شده است و کاربرد 200 کیلوگرم ازت در هکتار ، فعالیت نیتروژناز را تا حد زیادی کاهش داده و اثر تلقیح با آزوسپیریلوم وقتی معنی دار شده که مقدار مصرفی حدود 45 کیلوگرم در هکتار بوده است.
بر اساس تحقیقات فالیک و اوکن ( 1978 ) ، برای افزایش سطح ویژه ریشه ذرت ، تعداد آزوسپیریلوم باید به حداقل ده برابر جمعیت میکروبی ریزوسفر باشد. این محققان اظهار کرده اند که افزایش سطح ویژه ریشه ، خصوصیتی است که ویژه آزوسپیریلوم می باشد زیرا آزوسپیریلوم توانایی رقابت با سایر باکتریها در اشغال جایگاههای موجود بر روی ریشه را دارد. در این تحقیقات ، استفاده از 109 باکتری آزوسپیریلوم برای هر گیاه باعث کاهش وزن خشک اندام هوایی و کاهش سطح ویژه ریشه گردیده است . این محققان علت احتمالی کاهش سطح ویژه ریشه در گیاهچه های ذرت را به تولید مقدار زیاد هورمونهای اکسین ، سیتوکینین و جیبرلین توسط آزوسپیریلوم نسبت داده اند ، زیرا مقدار زیاد این هورمونها باعث توقف رشد ریشه می گردد. تلقیح با آزوسپیریلوم از طریق افزایش سیستم ریشه ، باعث افزایش جذب P ، N و K توسط ریشه ذرت و سورگوم شده است ، علاوه بر این ، زمان لازم برای گلدهی و خوشه دهی گیاه Setaria italic کاهش یافته است.
آزمایشهای گلخانه ای که با روش 15 2 N یا با روشن رقت ایزوتوپی 15 N انجام گرفته نشان داده ازت مولکولی ( 2N ) در ترکیبهای گیاهان تلقیح شده وارد شده است ولی مقدار ازت تثبیت شده ای که توسط باکتری به گیاه وارد شده ناچیز بوده است . تلقیح گیاه گندم ( گیاه 3 C ) ، سورگوم و پانیکوم ( گیاهان 4 C ) با آزوسپیریلوم برازیلنس در سیستمهای استریل و غیر استریل باعث خوشه دهی و گلدهی زودتر شده و وزن کل اندام هوایی ، وزن کل ریشه ، ازت کل ، ارتفاع گیاه و طول برگ ، تا حد زیادی افزایش یافته است . همچنین در گندم ، تلقیح باعث افزایش تعداد سنبلچه ها در سنبله ( خوشه ) گردیده ، رنی و لارسون نیز افزایش وزن خشک و درصد ازت در گندم بهاره تلقیح شده با آزوسپیریلوم برازیلنس را گزارش کرده اند .
تلقیح بذر گندم با سویه –nir آزوسپیریلوم لیپوفروم همراه با کاربرد 40 کیلوگرم ازت در هکتار باعث افزایش عملکرد دانه به میزان 30 درصد شده است و با کاربرد 80 کیلو گرم ازت در هکتار افزایش عملکرد دانه به 36 درصد رسیده است .در این آزمایش ، عملکرد کاه گندم نیز به ترتیب 18 و 28 درصد افزایش پیدا کرده است ( در مقایسه با کاربرد 40 و 80 کیلوگرم ازت بدون تلقیح ) و تلقیح باعث صرفه جویی در ازت مصرفی به میزان 40 کیلو گرم در هکتار شده است.
نتایج آزمایشهای مزرعه ای انجام شده ، توسط ریندرز و ولاساک نشان داد که تلقیح بذر گندم با آزوسپیریلوم ، بطور متوسط باعث افزایش عملکرد دانه ، از 9 تا 15 درصد گردیده است.
تلقیح گندم در شرایط مزرعه ، با آزوسپیریلوم برازیلنس باعث افزایش وزن خشک گیاه از 13 تا 15 درصد و افزایش عملکرد دانه به میزان 5 تا 7 درصد شده و همچنین تلقیح باعث افزایش تعداد پنجه ها در واحد سطح و افزایش ازت کل شده است . آزمایش احیای استیلن نشان داده است که بیشترین مقدار تثبیت ازت در گیاه Setaria italica در طی مرحله گلدهی صورت می گیرد . تلقیح با آزوسپیریلوم در پتانسیل آبی برگ گیاهان ذرت و سورگوم کشت شده در مزرعه نیز موثر بوده است.
آزمایشهای انجام شده در لئوناردجار با خاکهای مختلف استریل شده نشان داد که تلقیح گیاهان ذرت و Setaria italic با سویه های مختلف آزوسپیریلوم برازیلنس ( 7 Sp ، 80 SP ، Cd ) و یک سویه محلی آزوسپیریلوم برازیلنس ، باعث شده که وزن خشک از 50 تا 100 درصد، ازت کل برگها از 50 تا 100 درصد و تولید اتیلن از 300 تا 1000 مول نانومول در گیاه در ساعت افزایش پیدا کند و بیشترین میزان اتیلن در درجه حرارت بالای 30 C و شدت نور زیاد، تولید گردد. افزایش های معنی دار در وزن خشک و ازت کل گیاه S.italica مشاهده گردیده، وزن خشک و ازت کل در شن به ترتیب 80 و 150 درصد ، در خاک لوم شنی ، 80 و 75 درصد و در خاک لس ، 37 و 25 درصد افزایش پیدا کرده است. با استفاده از روشهای تراز عملکرد ازت و رقت 15N مشخص شده که گندم بهاره تلقیح شده با آزوسپیریلوم ، در مرحله ساقه دهی ، 20 درصد ازت ( 15N و 14N ) بیشتر از گیاهان تلقیح نشده داشته است ولی میزان این اختلاف ازت در دانه گندم ، کمتر بوده و سهم ازت مولکولی هوا به ازت کل دانه ها در گیاهان تلقیح شده ، ناچیز بوده است . بر این اساس نتیجه گرفته شده است که سهم ازت تثبیت شده بوسیله آزوسپیریلوم در تغذیه گندم بهاره ، بسیار کم می باشد.
نتایج مشابهی نیز بوسیله لت بریج و دیویدسون (1983) گزارش شده و عنوان شده است که سهم ازت اتمسفری در تغذیه گیاهان گندم مورد مطالعه ، در غیاب کربوهیدراتهای مناسب ناچیز می باشد. در مواردی هم آزوسپیریلوم از طریق افزایش جذب یون نیترات بوسیله گیاه باعث افزایش رشد گیاه شده است. این موارد در قطعات ریشه ذرت تلقیح شده با آزوسپیریلوم ، گندم رشد داده شده در سیستمهای آب کشتی و در سورگوم کشت شده در شرایط مزرعه ای ، گزارش شده است.
تلقیح بذر گیاه ذرت با سویه Cd یا سویه 7SP آزوسپیریلوم برازیلنس باعث افزایش جذب K ، 3NO + و -4PO2H از 30 تا50 درصد( نسبت به شاهد) گردیده است و نتیجه گرفته شده که افزایش جذب یونها در اثر تلقیح گیاه با آزوسپیریلوم می تواند نقش مهمی در افزایش رشد گیاه داشته باشد. در شرایط کمبود عناصر غذایی ، آزوسپیریلوم می تواند راند مان جذب عناصر غذایی اضافه شده را با کمک کردن به گیاه در جذب این عناصر بیشتر نماید و این نقش ، مشابه با نقش میکوریز در بازیافت فسفر می باشد.
گزارشهای متعددی مبنی بر اینکه تلقیح با آزوسپیریلوم ، فعالیت آنزیم نیتروژناز را در ریشه گیاه افزایش داده است وجود دارد. به عنوان مثال ، آزمایشهای گلخانه ای انجام شده با گیاه Setaria italica تلقیح شده با سویه Cd آزوسپیریلوم باعث افزایش احیای استیلن توسط گیاه دست نخورده شده است . مقدار اتیلن تولید شده ( ازت تثبیت ) به اندازه ای است که می تواند باعث افزایش ازت کل گیاه شود ( 1 تا 5/2 میکرومول اتیلن در گیاه در ساعت ). اوکن و همکاران ، بر اساس آزمایشهای انجام شده با گاز 215N ، گزارش کرده اند که فقط حدود 5 درصد از ازت تثبیت شده به بافتهای گیاه انتقال می یابد.
رنی گزارش کرد که تلقیح گیاه ذرت با سویه 7SP آزوسپیریلوم برازیلنس افزایشی برابر با 18 درصد در وزن خشک و ازت کل گیاه را بدنبال داشته و از این مقدار ، 6/12 درصد از ازت کل گیاه ناشی از تثبیت ازت بوده است . گزارشهای دیگری نیز مبنی بر افزایش ازت کل گیاه در خاکهای فقیر از ازت در نتیجه تثبیت ازت بوسیله آزوسپیریلوم ، در مورد سورگوم تلقیح شده با سویه Cd آزوسپیریلوم برازیلنس و گندم تلقیح شده با سویه 108SP آزوسپیریلوم لیپوفروم ، وجود دارد.
گزارشهای متعددی هم از پاسخهای عملکردی گیاهان، در سطوح متوسط یا بالای ازت در مورد ، سورگوم،گراسهای علوفه ای و گندم، ارائه شده است.
با استفاده از روش رفت ایزوتوپی 15N برای کمی کردن سهم ازت حاصل از BNF ( تثبیت بیولوژیک ازت ) در تغذیه گیاهان علفی مختلف ، نشان داده شده که گیاه Brachiaria decumbens می تواند حتی تا 40 درصد ازت مورد نیاز خود را از طریق تأمین نماید. گزارش شده که در مناطق گرمسیری تلقیح ذرت با آزوسپیریلوم ، می تواند 10 تا 20 درصد از ازت مورد نیاز را در اختیار گیاه قرار دهد و با توجه به سطح زیر کشت این محصول سالیانه میلیونها تن کود ازته صرفه جویی می شود.
سانتا و همکاران (2004) با انجام دو آزمایش مزرعه ای در برزیل ، تاثیر تلقیح سویه های 7-RAM و 5-RAM از آزوسپیریلوم را بر روی ذرت رقم 909-Cargill برسی کردند. در این آزمایش ، تاثیر تلقیح سویه های مورد بررسی همراه با سطوح مختلف ازت یا بدون آن با شاهد بدون تلقیح مقایسه گردیدند. تلقیح ساده بذر ذرت با سویه 7-RAM عملکرد دانه را در مقایسه با شاهد افزایش داد ولی این افزایش از نظر آماری معنی دار نبود. تلقیح آزوسپیریلوم همراه با سطوح بالای ازت باعث افزایش معنی دار عملکرد دانه ، ازت کل دانه و چربی کل دانه ذرت در مقایسه با شاهد گردید.افزایش عملکرد ذرت با کاربرد مایه تلقیح آزوسپیریلوم همراه با 150 کیلوگرم ازت در هکتار بدست آمد. تلقیح سویه 5-RAM نیز باعث افزایش عملکرد گردید ولی این افزایش از نظر آماری معنی دار نبود. در هر دو آزمایش ، تلقیح سویه های 7-RAM و 5- RAM آزوسپیریلوم باعث صرفه جویی به میزان 40 درصد در مصرف کود های ازته گردید.
آزمایشهای گلخانه ای انجام شده توسط بادی و همکاران در برزیل ، نشان داد که تلقیح گیاه گندم با سویه های ، 2450SP ،107SP و 7SP آزوسپیریلوم برازیلنس ، تا مرحله گلدهی ، تأثیری در وزن خشک ، ازت کل با 15N نداشته و در مرحله آخر رشد ، یعنی مرحله تولید دانه ، افزایش وزن خشک معنی دار نشده ولی افزایش ازت کل دانه به مقدار زیادی افزایش یافته ، بطوری که این مقدار بطور متوسط 44 درصد بیشتر از گیاهان تلقیح نشده بوده است ، با روش 15N نشان داده شده که افزایش ازت کل در نتیجه تثبیت ازت توسط سویه های آزوسپیریلوم نبوده و ممکن است به دلیل تولید هورمونهای رشد بوسیله باکتریها یا افزایش جذب ازت خاک توسط گیاه تلقیح شده با این سویه ها باشد . در آزمایش مزرعه ای انجام شده توسط این محققان ، تلقیح گیاه گندم با سویه های 246SP ، 245SP آزوسپیریلوم برازیلنس و سویه AmYTr آزوسپیریلوم آمازوننس ، باعث افزایش معنی دار وزن خشک و ازت کل اندام هوایی در مرحله گلدهی و افزایش ازت کل دانه در مرحله رسیدن گردیده، این آزمایش اولین آزمایش بوده که در آن از آزوسپیریلوم آمازوننس برای تلقیح گیاه گندم استفاده شده است ، هر سه سویه لز ریشه گندم جدا شده بودند. سویه هایی را که از ریشه یک گیاه جدا شده و سپس برای تلقیح همان گیاه مورد استفاده قرار می دهند، سویه همولوگ می نامند.
در این آزمایش ، تلقیح با سویه های همولوگ نسبت به سویه های غیر همولوگ تأثیری بیشتری در افزایش عملکرد گیاه گندم داشته است. فریتاس و همکاران نیز افزایش عملکرد دانه و ازت کل در ذرت تلقیح شده با سویه 242SP آزوسپیریلوم لیپوفروم جدا شده از ریشه استریل سطحی شده ذرت را گزارش نموده و اشاره کرده اند که سویه غیر همولوگ st109SP آزوسپیریلوم برازیلنس جدا شده از ریشه برنج ، چنین افزایشی را ایجاد نکرده است. در تمام غلاتی که مورد مطالعه قرار گرفته اند ، مشاهده شده که تثبیت ازت همیشه در طول مرحله زایشی نسبت به مراحل دیگر بیشتر بوده است، ولی بعضی از محققان دریافتند که تلقیح گندم در مراحل اولیه رشد رویشی مخصوصاً در مرحله پنجه دهی گندم موثر می باشد. در مورد انتقال ازت تثبیت شده توسط ازوسپیریلوم به گیاه میزبان ، ونیگر و همکاران با استفاده از روش رقت ایزوتوپی 15N نشان دادند که 3/3 درصد از ازت موجود در ریشه و 6/1 درصد از ازت موجود در اندام هوایی گیاه گندم تلقیح شده با آزوسپیریلوم برازیلنس ، منشاء اتمسفری دارد، همچنین قسمت اعظم ازت تثبیت شده در ریشه باقی می ماند.
افزایش عملکرد در اثر تلقیح با ازوسپیریلوم ، به گیاهان تک لپه مانند گیاهان خانواده گندمیان (گرامینه) و سایر گراسها محدود نمی شود ، آزمایشهای انجام شده حاکی از این است که تلقیح گیاهان نخود که بطور طبیعی دارای گره بندی بوده اند، در شرایط گلخانه ای باعث افزایش معنی دار تعداد گرهها شده است. در آزمایشهای مزرعه ای ، تلقیح نخود با آزوسپیریلوم یک هفته بعد از جوانه زدن گیاه، عملکرد دانه این گیاهان را افزایش داده ولی تاثیری در عملکرد وزن خشک نداشته است . همچنین تلقیح گیاه ماش در شرایط گلخانه ای و مزرعه ای باعث افزایش فعالیت احیای استیلن ( تثبیت ازت) گردیده است. تلقیح آزوسپیریلوم ، همراه با ریزوبیوم ویژه گیاه Hedysarum coronarium Sulla Clover در هفت روز بعد از جوانه زدن ، در مقایسه با ریزوبیوم تنها ، باعث افزایش احیای استیلن در این گیاه شده است.
دکتر محمد جواد روستا، استادیار مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی فارس
منبع : فصلنامه نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی – سال چهارم – شماره سیزدهم – پاییز 1385