بررسی تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با تکن-7X_1T-MK
چکیده:
آزوسپریلوم به دلیل توان تثبیت نیتروژن مولکولی در ارتباط همیاری با گیاهان مهم زراعی مانند انواع غلات و همینطور تولید هورمونهای محرک رشد گیاه در سالهای اخیر به عنوان یک کود بیولوژیک مورد توجه قرار گرفته است.به همین دلیل تحقیق در مورد میزان فعالیت سویه های باکتری با ارقام مختلف گندم هدف این بررسی قرار گرفت:
به منظور تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم،دو آزمایش در سه بخش آزمایشگاه، گلخانه و مزرعه طی مدت دو سال پژوهش انجام گردید
الف)جداسازی،تکثیرو تولید مایه تلقیح سویه های آزوسپریلوم در شرایط آزمایشگاه
ب)بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم با ارقام طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم با استفاده از تکنیکN15
ج) بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم و تاثیر کاربرد آنها بر عملکرد و برخی صفات زراعی در سه رقم طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم.
الف)در این تحقیق 80 نمونه خاک ریزوسفری و غیر ریزوسفری ار اراضی تحت کشت گیاهان مختلف زراعی تهیه گردید و برای جداسازی آزوسپریلوم ابتدا رقتهای خاک در محیط نیمه جامد اکن کشت داده شدند و بر روی محیط RC کلونیهای ریز قرمز رنگ به عنوان آزوسپریلوم خالص سازی شده اند و تحت آزمایشهای ترشح هورمون اکسین و توان حل کنندگی فسفر آلی و معدنی قرار گرفتند.
ب) دو فاکتور،آزوسپریلوم در 5 سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و 4 سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54 و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کاملا تصادفی در 4 تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.
به منظور بررسی تثبیت نیتروژن از ایزوتوپ پایدار 15N استفاده شد.
نتایج حاصله نشان داد که بین سویه های مختلف آزوسپریلوم و هم بین ارقام مختلف گندم از نظر تاثیر بر سطح برگ پرچم.وزن خشک اندام هوایی،تعداد سنبله ،طول سنبله و Ndfa اختلاف معنی داری در سطح 1% وجود دارد.در بین ازقام مختلف گندم ارتفاع گیاه در سطح 5%معنی دار و تعداد پنجه معنی دار نشده است و همچنین در بین سویه های آزوسپریلومی ارتفاع گیاه معنی دار نگردیده است.
ارقام گندم به دلیل اختلاف فاحش ژنتیکی و نیز سویه های آزوسپریلومی به دلیل تفاوتهای برقراری همیاری با هم اختلافاتی را دارند.
بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی لاین موتانت و Az.21 بوده است.
ج) دو فاکتور،آزوسپریلوم در 5 سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و 4 سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54 و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کامل تصادفی در 4 تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.
بین کاربرد ارقام مختلف گندم و سویه های مختلف آزوسپریلوم در تمامی صفات زراعی بجز تعداد پنجه در سطح 1% اختلاف معنی داری مشاهده شد.
بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی لاین موتانت و AZ.21 بوده است.
بنابراین با توجه به نتایج بدست آمده از کلیه آزمایشات انجام شده فوق می توان چنین اظهار داشت که کاربرد آزوسپریلوم می تواند بسیار مفید در عملکرد و جذب عناصر غذایی و نیز نقش مهمی در کاهش کودهای شیمیایی داشته باشد.البته باید در گزینش سویه های آزوسپریلوم دقت لازم مبذول شود زیرا بین سوشها اختلاف معنی داری از نظر برقراری همیاری وجود دارد.
فهرست مطالب
چکیده..............................................................10
مقدمه ................................................................13
فصل اول:کلیات .....................................................................15
1-کشاورزی پایدار . ......................................16
1-1کودهای بیولوژیک...............................................................18
1-2استفاده از میکرو‌ارگانیزم‌ها به عنوان کود بیولوژیک....................19
1-3-انواع کودهای بیولوژیک......................................................20
2-اهمیت گندم..........................................................................20
2-1-تاریخچه و پیدایش گندم........................................................22
2-2-وضعیت کشت گندم در جهان..................................................22
2-3-وضعیت کشت گندم در ایران...................................................24
2-4-وضعیت کشت گندم در استان تهران..........................................25
2-5-شرایط آب‌وهوایی گندم..........................................................26
2-6-مرفولوژی گندم...................................................................27
2-6-1-ریشه............................................................................27
2-6-2-ساقه............................................................................28
2-6-3-پنجه.............................................................................29
2-6-4-برگ............................................................................30
2-6-5-گل‌آذین.........................................................................31
2-6-6-دانه.............................................................................32
2-7-عوامل محیطی مؤثر بر رشدونمو گندم.....................................33
2-7-1خاک...............................................................................33
2-7-2-رطوبت.........................................................................34
2-7-3-حرارت.........................................................................35
2-7-4-نور............................................................................36
2-7-4-1-طول روز..................................................................36
2-7-4-2-شدت نور..................................................................36
2-8-عملکرد دانه گندم و عوامل مؤثر بر آن....................................36
فصل دوم:بررسی منابع...............................................................42
1-نیتروژن در طبیعت..................................................................43
2-شکلهای نیتروژن در خاک........................................................44
2-1-نیتروژن معدنی خاک............................................................45
2-2- نیتروژن آلی خاک.............................................................45
3-نقش نیتروژن در گیاه..............................................................45
4-چرخه نیتروژن......................................................................46
4-1راههایی که نیتروژن در دسترس گیاه قرار می‌گیرد
و یا به خاک اضافه می‌شود. .........................................................47
4-1-1معدنی شدن نیتروژن خاک....................................................47
4-1-2وارد شدن نیتروژن از اتمسفر به خاک.....................................48
4-1-3-کاربرد کودهای شیمیایی ازته...............................................49
4-1-4-تثبیت نیتروژن به روش بیولوژیک..........................................50
4-2-راههایی که نیتروژن از دسترس گیاه و یا از خاک خارج می‌شود........51
4-2-1-غیر متحرک شدن (متوقف شدن یا آلی شدن ) نیتروژن................51
4-2-2-نیترات زدایی.....................................................................52
4-2-3-جذب نیتروژن بوسیله گیاهان.................................................54
4-2-4-آبشویی نیتروژن.................................................................55
4-2-5-تلفات نیتروژن به صورت آمونیاک...........................................55
4-2-6-تلفات نیتروژن از طریق فرسایش...........................................56
5-سیستمهای بیولوژیک تثبیت کننده نیتروژن.....................................56
5-1تثبیت نیتروژن به روش همزیستی.............................................57
5-1-1همزیستی باکتریهای ریزوبیوم و گیاهان خانواده لگومینوز...........57
5-1-2-همزیستی ریزوبیوم با گیاهان غیر لگوم..................................59
5-1-3-همزیستی اکتینوریزی.........................................................59
5-1-4-همزیستی سیانوباکتریها و گیاهان.........................................60
5-1-4-1-همزیستی سیانوباکتری آنابنا و آزولا..................................61
5-1-4-2-همزیستی نوسترک و آنابنا باسیکادها...................................62
5-1-4-3-همزیستی سیانوباکتری نوسترک و گانرا...............................62
5-1-5-همزیستی سیانوباکتریها و دیاتومه‌ها......................................63
5-1-6-همزیستی سیانوباکتریها و بریوفیتها......................................63
5-1-7-همزیستی سیانوباکترها و قارچها (تشکیل گلسنگ)....................65
5-2-تثبیت نیتروژن به روش آزاد....................................................65
5-2-1-باکتریهای هتروتروف باکتریهای بیهوازی...............................66
5-2-1-1-باکتریهای بی هوازی......................................................66
5-2-1-2-باکتریهای بیهوازی اختیاری.............................................67
5-2-1-3-باکتریهای هوازی...........................................................67
5-2-1-4-سیانوباکتریها................................................................68
5-2-2-فتواتوتروف‌های آزادزی......................................................69
5-2-2-1-باکتریهای فتوسنتز کننده..................................................69
5-3-تثبیت نیتروژن به روش همیاری..............................................71
5-3-1-تعریف همیاری................................................................71
5-3-2-دلایل تثبیت نیتروژن به روش همیاری...................................72
5-3-3-همیاریهای فیلوسفری........................................................72
5-3-4-همیاریهای ریزوسفری....................................................................73
6-بیوشیمی تثبیت نیتروژن مولکولی..............................................................73
6-1ساختار آنزیم نیتروژناز و نحوه تامین انرژی
مورد نیاز برای تثبیت ازت مولکولی................................................................74
6-2کارایی.....................................................................................................77
6-3-تولید هیدروژن و خروج آن.......................................................................81
7-همیاری باکتریهای جنس آزوسپیریلوم با گیاهان...............................................83
7-1اکولوژی آزوسپیریلوم................................................................................83
7-2گیاهان میزبان..........................................................................................84
7-3-طبقه‌بندی..............................................................................................84
7-4-مشخصات باکتری....................................................................................85
7-5-تثبیت نیتروژن وابسته به هیدروژن..............................................................88
7-6-احیای نیترات (نیترات زدایی).....................................................................88
7-7-عوامل موثر در اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم و تاثیر آن بر رشد گیاه...............89
7-8-تولید ساخت.مان کیست مانند......................................................................90
7-9-تولید سیدروفور......................................................................................91
7-10تولید مواد کشنده باکتریها........................................................................92
7-11جذب سطحی باکتریها به ذرات خاک............................................................92
7-12-تولید فیتوهورمونها و دیگر مواد تحریک کننده رشد گیاه.................................93
7-13-تغییر در فیزیولوژی و موروفولوژی ریشه..................................................93
7-14-نقشهای احتمالی موسیژل.......................................................................94
7-15-مکانیزمهای جذب آزوسپیریلوم بطرف ریشه................................................94
7-16-شیمیوتاکتیک (کموتاکتیک )......................................................................95
7-17مراحل اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم.......................................................97
7-17-1-اتصال باکتریها به پوست ریشه............................................................97
7-17-2-اشغال بافت ریشه.............................................................................98
7-18-تاثیر آزوسپیریلوم در عملکرد گیاهان مختلف..............................................98
8-نیتروژن -15..........................................................................................105
فصل سوم:موادو روشها................................................................................110
1-مواد مورد آزمایش....................................................................................111
1-1تهیه ماده تلقیح......................................................................................111
1-2-بررسی روابط همزیستی سویه‌های مخالف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از ایزوتوپ15N در شرایط گلخانه........................................................112
1-2-1-زمان و محل اجرای آزمایش................................................................112
1-2-2-خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مورد استفاده....................................112
1-2-3-دمای گلخانه...................................................................................113
1-2-4-مشخصات ارقام گندم مورد استفاده......................................................114
1-2-4-1-رقم طبسی..................................................................................114
1-2-4-2-رقم مهدوی.................................................................................114
1-2-4-3-رقم موتانت طبسی.........................................................................115
1-2-5-مشخصات طرح آزمایشی.....................................................................116
1-2-6-مشخصات فاکتورهای آزمایش..............................................................116
1-2-7-عملیات کاشت و داشت.......................................................................116
1-2-8-کاربرد ایزوتوپ پایدار نیتروژن-15......................................................117
1-2-9-صفات اندازه‌گیری شده......................................................................120
1-2-10-محاسبات آماری.............................................................................121
1-3-ارزیابی کارآیی سویه‌های باکتری آزوسپریلوم با ارقام بومی، اصلاح شده و لاین موتانت گندم و تأثیر کاربرد آنها بر عملکرد و برخی از صفات زراعی گندم در شرایط آب‌وهوایی کرج...........................................................................................121
1-3-1-خصوصیات اقلیمی منطقه...................................................................121
1-3-2-مشخصات اقلیمی محل اجرای آزمایش در سال زراعی 83-1382................122
1-3-3-خصوصیات. فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش....................................123
1-3-4-مشخصات ارقام مورد استفاده .............................................................123
1-3-5-مشخصات طرح آزمایشی...................................................................123
1-3-6- مشخصات فاکتورهای آزمایش...........................................................123
1-3-6-1-آزوسپریلوم...............................................................................123
1-3-7-عملیات زراعی..............................................................................124
1-3-7-1-عملیات کاشت............................................................................124
1-3-7-2-علمیات داشت............................................................................125
1-3-7-3-عملیات برداشت..........................................................................125
1-3-7-4-صفات اندازه‌گیری شده.................................................................126
فصل چهارم:نتایج و بحث...........................................................................130
گلخانه....................................................................................................131
1-ارتفاع گیاه...........................................................................................132
2-طول سنبله...........................................................................................135
3-تعداد پنجه گیاه.......................................................................................138
4-سطح برگ پرچم....................................................................................141
5-وزن خشک اندام هوایی............................................................................144
6-تعداد سنبله در گیاه.................................................................................147
7-درصد تثبیت بیولوژیک نیتروژن................................................................151
مزرعه..............................................................................................154
8-ارتفاع گیاه......................................................................................155
9-طول سنبله......................................................................................158
10تعداد پنجه در گیاه............................................................................161
11-سطح برگ پرچم.............................................................................163
12-تعداد سنبله درواحد سطح..................................................................167
13-تعداد دانه در سنبله...........................................................................170
14-عملکرد دانه....................................................................................173
15-بیوماس..........................................................................................177
16-شاخص برداشت...............................................................................181
17-وزن هزاردانه..................................................................................184
18-جذب نیتروژن...................................................................................186
پیوست..................................................................................................190
منابع....................................................................................................191