اثر همزیستی Piriformospora indica بر عملکرد کنگرفرنگی در شرایط تنش شوری و کم‌آبی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

سابقه و هدف: خشکسالی به علت تغییرات آب و هوایی، پدیده‌ی شوری خاک را نیز به‌دنبال دارد و گیاهان در مقابل اثرات اسمزی ناشی از تنش شوری و تنش خشکی از طریق تغییرات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و متابولیکی در تمام اندام‌های خود پاسخ می‌دهند. در تحقیقات گذشته ثابت گردید که قارچ اندوفیت تحت نام Piriformospora indica توانمندی همزیستی با ریشه بسیاری از گیاهان دارد و نیز در محیط کشت اختصاصی خود قادر است بدون احتیاج به حضور گیاه میزبان چرخه زندگی خود را تکمیل کند. همزیستی این قارچ با ریشه گیاه در تحمل به تنش‌های زنده و غیرزنده مثمرثمر بوده که این تحمل با تغییراتی در عملکرد و اجزای عملکرد هر گیاه همراه است. هدف پژوهش حاضر بررسی تغییرات عملکرد و خصوصیات ظاهری کنگرفرنگی پس از اثبات توانمندی همزیستی قارچ اندوفیت پیریفورموسپوا با گیاه در شرایط تنش شوری و کم‌آبی است.
مواد و روش‌ها: پس از غوطه‌ور ساختن ریشه‌چه‌های کنگرفرنگی در سوسپانسیون اسپورهای قارچ اندوفیت (P. indica)، به منظور اطمینان از استقرار و کلونیزاسیون اسپورها در بافت گیاه، رنگ‌آمیزی ریشه‌چه با استفاده از روش ویرهیلیگ انجام گردید. سپس طی دو آزمایش جداگانه‌، شوری با سه سطح 7/0، 6 و 12 دسی زیمنس بر متر و کم‌آبی با سه دوره‌ی آبیاری هر 3، 6 و12 روز، شرایط تنش تحت عنوان شاهد، متوسط (ملایم) و شدید برای دو تیمار گیاهان همزیست و شاهد اعمال گردید. همچنین آزمایش در چهار تکرار و به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی انجام شد. سپس تغییرات مورفولوژیکی و عملکردی گیاهان مورد آزمایش در اثر همزیستی قارچ و گیاه، مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج بررسی‌های مورفولوژیکی نشان داد که در اکثر شاخص‌های عملکردی، برتری گیاهان همزیست شده نسبت به شاهد وجود دارد. وزن تر و خشک ریشه در آزمایش کم‌آبی و طول برگ و ریشه در آزمایش تنش شوری تحت تاثیر تیمار قارچی تفاوت معنی‌داری نسبت به شاهد داشتند. اگرچه همزیستی این قارچ سبب افزایش عملکرد در سطوح مختلف شوری نگردید، اما در برخی از شاخص‏های مورفولوژیک از جمله در طول برگ، طول ریشه و نیز در حجم ریشه تغییرات قابل توجهی را در پی داشته است. همچنین طی اثر متقابل دور آبیاری و قارچ، وزن خشک برگ، وزن تر بوته، طول و حجم ریشه افزایش یافت.
نتیجه‌گیری: برآیند نتایج نشان می‏دهد که گیاهان همزیست شده نسبت به انواع شاهد قابلیت سازگاری بیشتری با استرس‏های غیرزنده دارند. لذا استفاده از راه کار ساده آلوده‏سازی گیاهچه‏ها به قارچ اندوفیت همزیست ریشه، امکان کشت و کار کنگر فرنگی در خاک‌های خشک و کم آب را افزایش خواهد داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Piriformospora indica mutualistic effect on Cynara scolymus (L.) under water and saline stress

نویسندگان [English]

  • S. Rahimi Tanha 1
  • A. Ghasemnajad 2
  • V. Babaeizadeh 3
  • M.Z. Alaeddin 2
چکیده [English]

Backgrounds and objectives: Drought which is caused by the climate pattern change, can also lead to tough situations of salinity. Plants, however, may respond to the stressors by morphological and physiological changes within the related organs. Recently, a new discovered endophyte, Piriformospora indica, which is able to colonize onto the roots` cortex of many diverse plants can also be cultured in an axenic media, free from any specific host. This seems to be a sustainable solution for crop production in such climates. Thus, P. indica which can also exacerbate plants` tolerance during abiotic stress, was taken for further two separated saline and water deficiency experiments. In this survey, we tend to show whether artichokes` roots (Cynara scolymus) are the endophyte host. Next, what changes can be conveyed in either saline or water deficiency trials.
Materials and Methods: Floating in spore suspension, rootlets were stained by Vierheilig method to ensure colonization in contaminated plants. Then, under different stress conditions, we quantified artichoke growth and yield. The experiment was conducted at the University of Agricultural Science and natural resources of Pardis-Gorgan. Water deficiency was induced at three levels according to regulation of water day interval; each 3, 6 and 12 days which were defined as control, mild and severe stress, respectively. Salinity, likewise, was induced by NaCl solutions in 0.7, 6 and 12 ds/m.
Results: The results indicated that firstly artichoke accepted P.indica as a symbiotic agent, and secondly contaminated plants functioned far better rather than their controls in stress. As there was a considerable reduction in many yield components such as leaf length, RWC, root length and root volume in both saline and drought trials while plants went through more severity of 6 days to 12 days of water day interval or 6 ds/m to 12 ds/m; yet, these changes did not happen considerably for contaminated plants in the same period or salinity. Although the fungus performance was marginally considerable in saline stress, still there were significant morphological alterations; length in leaves and roots and the root volume were also changed (P Conclusion: In general, many essential changes would be occurred as plants challenge for adaptation. Mutualism might largely expand plants compatibility against stressors. Therefore, proportionally, P.indica was able to alleviate plants malfunctioning in both experiments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Salinity"
  • "Water- shortage"
  • "Piriformospora indica"
  • "Cynara scolymus"
  • "morphological changes"
1. Augé, R.M., Schekel, K.A. and Wample, R.L. 1986. Greater leaf conductance
of well watered VA mycorrhizal rose plants is not related to phosphorus nutrition. New Phytol. 103: 107-116.
2. Augé, R.M., Toler, H.D., Sams, C.E. and Nasim, G. 2008. Hydraulic conductance
and water potential gradients in squash leaves showing mycorrhizal induced increases in stomatal conductance. Mycorrhiza. 18: 115-21.
3. Ackerson, R.C. 1980. Stomatal response of cotton to water stress and abscisic
acid as affected by water stress history. Plant Physiol. 65: 455-459.
4. Barazani, O., Benderoth, M., Groten, K., Kuhlemeier, C. and Baldwin, IT. 2005. Piriformospora indica and Sebacina vermifera increase growth
performance at the expense of herbivore resistance in Nicotiana attenuata. Oecol. 146: 234–243.
5. Beckman, C.H. 2000. Phenolic storing cells: Keys to program cell death and Periderm formation in wilt disease resistance and in general defense responses
in plants? Physiol Mol Plant Path. 57: 101- 110.
6. Catchpole, W.R. and Wheeler, C.J. 1992. Estimating plant biomass: a review of
techniques. Aust J. Ecol. 17: 2. 121-131.
7. Das, A., Prasad, R., Sirvastava, R.B., Deshmukh, S., Rai, M.K. and Varma, A.
2013. Cocultivation of Piriformospora indica with medicinal plants: case studies. P 149-172, In: A. Varma (ed.), Piriformospora indica: Sebacinalesand their biotechnological applications, Springer Verlag, Berlin.
8. Drüge, U., Baltruschat, H. and Franken, P. 2007. Piriformospora indica promotes adventitious root formation in cuttings. Sci. Hort. 112: 422–426.
9. FAO.org/ soils-portal/soil management/ management of some problem-soils/salt affected soils/more information on salt affected soils/en.
10.Francois, L.E., Donovan, T.J. and Maas, E.V. 1991. Calcium deficiency of artichoke buds in relation to salinity. Hort. Sci. 26: 549-553.
11.Giovanneti, M. and Mosse, B. 1980. An evalution of techniques for measuring vesicular-arbascular mycorrhizal infection in roots. New Phytol. 84: 489-500.
12.Grattan, S.R. and Grieve, C.M. 1999. Salinity- mineral nutrient relations in horticultural crops. Sci Hort. 78: 127-157.
13.Hajinia, S., Zare, M.J., Mohammadi Goltapeh, E. and Rejali, F. 2011. Investigating the efficacy of endophytic fungus Piriformospora indica and Azospirillum strains on alleviation of detrimental effect of salt stress on wheat (Triticum aestivum CV. Sardari). J. Environ Stress Crop Sci. 4: 1.21-31. (In Persian)
14.Jogwart, A., Saha, S., Bakshi, M., Dayaman, V., Dua, M., Varma, A., Oelmüller, R., Tuteja, N. and Johri, AK. 2013. Piriformospora indica rescues growth diminution of rice seedlings during high salt  tress. Plant Signal Behav. 8: 10.
15.Marschner, H. 1995. Mineral Nutrition of Higher Plants. ACM Pres, London, 889p.
16.Melili, M.G., Tringali, S., Riggi, E. and Raccuia, S.A. 2007. Screening of genetic variability for some phenolic constituents of Globe artichoke. Acta Hort. 730: 85-91.
17.Nilsen, E.T., Sharifi, M.R. and Rundel, P.W. 1984. Comparative water relations of phreatophytes in the Sonoran desert of California. Ecol. 65: 767-778.
18.Peškan-Berghöfer, T., Shahollari, B., Giang, PH., Hehl, S., Markert, C., Blanke, V., et al. 2004. Association of Piriformospora indica with Arabidopsis thaliana roots represents a noval system to study beneficial plant-microbe interactions and involves early plant protein modifications in the endoplasmatic reticulum and at the plasma membrane. Physiol Plant. 122: 465-477.
19.Peyvast, Gh. 2009. Vegetable Production. GU. Press, 577p. (In Persian)
20.Rahimi Tanha, S.H., Ghasemnezhad, A., Babaeizad V. and Alaedin, M. 2014. A study on the effect of endophyte fungus, Piriformospora Indica, on the yield and phytochemical changes of globe artichoke (Cynara Scolymus L.) leaves. Master`s Thesis: Gorgan Univ. Agric. Sci. Natur. Resourc., 146p. (In Persian)
21.Rahimi Tanha, S., Ghasemnezhad, A. and Babaeizad V. 2014. A Study on the Effect of endophyte fungus, Piriformospora Indica, on the yield and phytochemical changes of globe artichoke (Cynara Scolymus L.) leaves under water stress. IJABBR. 2: 6. 1907-1921.
22.Rai, M., and Varma, A. 2005. Arbuscular mycorrhiza-like biotechnological potential of Piriformospora indica, which promotes the growth of Adhatoda vasica Nees. Elect. J. Biotechn. 8: 107–112.
23.Rezazadeh, A., Ghasemnezhad., A., Hemmati, KH., and Barani, M. 2010. Effect of salinity on phenolic composition and antioxidant activity of Artichoke`s leaves. Master`s thesis: Gorgan Univ. Agric. Sci. Natur. Resourc., 100p. (In Persian)
24.Ruzika, K., Ljung, K., Vanneste, S., Podhorska, R., Beeckman, T., Friml, J. and Benkova, E. 2007. Ethylene regulates root growth through effects on auxin biosynthesis and transport-dependent auxin distribution. Plant Cell. 19: 7. 2197- 2212.
25.Sairam, R.K. and Srivastava, G.C. 2002. Changes in antioxidant activity in subcellular fractions of tolerant and susceptible wheat genotypes in response to long term salt stress. Plant Sci. 162: 6. 897-904.
26.Schafer, P., and Kogel, K.H. 2009. Plant relationships. In: Diesing H.(ed). The Mycota V. 2nd Springer, Verlag Berlin Heidelberg, Pp: 100-112.
27.Serfiling, A., Wirsel, S.G.R., Lind, V. and Deising, H.B. 2006. Performance of the biocontrol fungus Piriformospora indica on Wheat under greenhouse and field conditions. J. Phytopath. 97: 523-531.
28.Sharpley, A.N., Meisinger, J.J., Power, J.F. and Suarez, D.L. 1992. Root extraction of nutrients associated with long-term soil management. Pp: 151-217, In: B. Stewart (Ed.), Advances in Soil Science, Springer, New York.
29.Singh, L.P., Singh, Gill, S. and Tuteja, N. 2011. Unrevealing the role of fungal symbionts in plant abiotic stress tolerance. Plant Signal Behav. 6: 175-191.
30.Sirrenberg, A., Gobel, C., Grond, S., Czempinski, N., Ratzinger, A., Karlovsky, P., Santos, P., Feussner, I. and Pawlowski, K. 2007. Piriformospora indica affects plant growth by auxin production. Physiol Plant. 131: 581-589.
31.Swarup, R., Parry, G., Graham, N., Allen, T. and Bennett, M. 2002. Auxin cross-talk: Integration of signalling pathways to control plant development. Plant Mol Biol. 49: 411–426.
32.Thomas, J.C., Brown, K.W. and Jordan, W.R. 1976. Stomatal response to leaf water potential as affected by preconditioning in the field. Agron J. 68: 706- 708.
33.Varma, A., Verma, S., Sudha Sahay, N.A., Butehorn, B. and Franken, P. 1999. Piriformospora indica a cultivable plant growth promotional root endophyte. Appl Environ Microbiol. 65: 2741-2744.
34.Varma, A., Singh, A., Sudha, Sahay, N.S., Sharma, J., Roy, A., Kumari, M., Rana, D., Thakran, S., etal. 2001. Piriformospora indica: an axenically culturable mycorrhiza-like endosymbiotic fungus. P 125–150, In: B. Hock (ed), The Mycota IX. Fungal Associations, Springer Verlag, Berlin.
35.Vierheilig, H., Coughlan, A.P., Wyss, U. and Piche, Y. 1998. Ink and vinegar, a simple staining technique for arbascular mycorrhizal fungi. Appl Environ Microbiol. 64: 5004-5007.
36.Waller, F., Achatz, B., Bultruscht, H., Fodor, J., Becker, K., Fischer, M., et al. 2005. The endophytic fungus Piriformospora indica reprograms barely to saltstress tolerance. Disease resistance and higher yield. Proc Natl Acad Sci, USA.102: 13386-13391.
37.Werner, T., Motyka, V., Laucou, V., Smets, R., Van Onckelen, H. and  Schmülling, T. 2003. Cytokinin-deficient transgenic Arabidopsis plants show multiple developmental alterations indicating opposite functions of cytokinins in the regulation of shoot and root meristem activity. Plant Cell.15: 2532–2550.