بررسی درون شیشه تحمل به شوری القا شده توسط برخی ریزوباکتریهای محرک رشد در گیاه شیرین بیان

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان. ایران.

2 نویسنده مسئول، گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

3 گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. - حفظ، تکثیر و نگهداری ذخایر

چکیده

سابقه و هدف: ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه (PGPR) باکتری‌های خاک هستند که در ریزوسفر گیاهان حضور دارند و با سازوکارهای ویژه‌ای رشد گیاه را تقویت می‌کنند و تنش‌های محیطی را کاهش می‌دهند، بنابراین کاربرد این باکتری‌ها روشی سودمند در کشاورزی پایدار شمرده می‌شود. در این پژوهش، پتانسیل سویه‌های مختلف ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه برای تحریک رشد و تعدیل تنش شوری در گیاه شیرین‌بیان (Glycyrrhiza glabra L.) مقایسه گردید.
مواد و روش‌ها: آزمایشی با دو عامل شامل شوری (شاهد بدون شوری (NS)، 60 میلی‌مولار (S1)، 120 میلی‌مولار (S2) و 180 میلی‌مولار (S3) کلرید سدیم) و تلقیح ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه (شاهد بدون تلقیح، تلقیح با Pseudomonas fluorescens، تلقیح با Pseudomonas putida و تلقیح با Azotobacter chroococcum) طراحی شد. گیاهچه‌های 15 روزه تلقیح شده و یا بدون تلقیح در ظرف‌های شیشه‌ای حاوی محیط رشد گیاه MS و تیمارهای نمک NaCl کشت شدند. گیاهان در محفظه رشد به مدت 35 روز رشد یافتند و سپس مورد ارزیابی قرار گرفتند. وزن تر، وزن خشک، طول ریشه و بخش هوایی، رنگیزه‌های فتوسنتزی، پرولین، مالون دی‌آلدهید و برخی از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: شوری بدون در نظر گرفتن تیمار ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه و سطح تنش شوری باعث کاهش رشد شیرین‌بیان شد. گیاهان تلقیح شده با P. fluorescens به‌طور معنی‌داری زیست‌توده اندام هوایی بیشتری نسبت به گیاهان شاهد در تمام سطوح شوری داشتند، در حالی‌که تلقیح A. chroococcum تنها در افزایش زیست‌توده اندام هوایی در سطح شوری بالاتر مؤثر بود و P. putida تأثیر معنی‌داری بر رشد اندام هوایی نداشت. طول ریشه در تمام تیمارهای باکتریایی تحت شوری کاهش یافت. تیمار P. fluorescens در تمام سطوح شوری اثر افزایشی و معنی‌داری بر طول ریشه نشان داد. شاخص تحمل به نمک در گیاهان تلقیح شده با ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه در سطوح 120 و 180 میلی‌مولار کلرید سدیم به‌طور معنی‌داری بالاتر بود. اثر P. putida در بهبود محتوای کلروفیل کل نسبت به سایر گونه‌ها معنی‌دارتر بود. تنش شوری باعث تولید مالون دی آلدهید (MDA) و پرولین در گیاهان تلقیح شده و غیر تلقیح شده گردید، اما تلقیح با گونه‌های سودوموناس به‌طور قابل توجهی باعث کاهش محتوای MDA و افزایش محتوای پرولین به‌ویژه در تیمارهای 60 و 120 میلی‌مولار کلرید سدیم شد. علاوه بر این، با افزایش سطح نمک، فعالیت سوپراکسید دیسموتاز و گایاکول پراکسیداز به طور قابل توجهی افزایش یافت. تلقیح با هر سه گونه ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه باعث افزایش بیشتر فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی در تمام سطوح نمک شد. تنش شوری باعث کاهش غلظت پتاسیم و نسبت پتاسیم به سدیم گردید و تلقیح باکتریایی به‌طور معنی‌داری غلظت پتاسیم را تحت تنش شدید شوری افزایش داد و نسبت پتاسیم به سدیم را بهبود بخشید.
نتیجه‌گیری: تلقیح با هر سه گونه ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه در سطوح 120 و 180 میلی‌مولار کلرید سدیم منجر به بهبود شاخص تحمل به تنش شوری شیرین بیان از طریق افزایش تولید پرولین و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت و حفظ نسبت بالاتر پتاسیم به سدیم گردید. نتایج نشان می‌دهد که تلقیح با ریزوباکتری‌های محرک رشد گیاه منتخب به‌ویژه گونه‌های سودوموناس می‌تواند به‌عنوان ابزار مفیدی برای کاهش تنش شوری در شیرین‌بیان مد‌نظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

In vitro characterization of the salt tolerance conferred by some plant growth promoting rhizobacteria to liquorice

نویسندگان [English]

  • Modarres Azadi 1
  • Setareh Amanifar 2
  • Mohsen Sanikhani 3
1 M.Sc. Graduate, Dept. of Soil Science Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
2 Corresponding Author, Dept. of Soil Science Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
3 Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) are soil bacteria that colonize the rhizosphere of plants, enhance plant growth and may alleviate environmental stress, thus constituting a powerful tool in sustainable agriculture. In the present study, we compared the effect of selected PGPR strains on growth promotion and alleviating the salinity stress in liquorice (Glycyrrhiza glabra L.) plants.
Materials and methods: An in vitro experiment was designed with two factors: salinity (control without salinity (NS), 60 mM (S1), 120 mM (S2) and 180 mM (S3)) and PGPR inoculation (control without inoculation, inoculated with Pseudomonas fluorescens, inoculated with Pseudomonas putida and inoculated with Azotobacter chroococcum). 15-day-old inoculated or non-inoculated seedlings were grown in jars containing MS plant growth medium and NaCl treatments. Plants were grown in the growth chamber for 35 days and then assessed. Fresh weight, dry weight, length of root and shoot, photosynthetic pigments, proline, malondialdehyde and some antioxidant enzymes were evaluated.
Results: Salinity decreased liquorice growth, regardless of the PGPR treatment and the salt stress level. The plants inoculated with P. fluorescens had significantly greater shoot biomass than the control plants at all salinity levels, whereas the A. chroococcum inoculation only was effective in increasing shoot biomass at the higher salinity level and P. putida had no significant effect on shoot growth. Root length decreased in all bacterial treatments under salinity. P. fluorescens treatment showed a significant and increasing effect on root length at all salinity levels. The salt tolerance index was significantly higher in PGPR-inoculated plants at 120 and 180 mM NaCl. The effect of P. putida was more significant in the improvement of total chlorophyll content rather than other species. Salt stress induced malondialdehyde (MDA) and proline production in both inoculated and non-inoculated plants, however inoculation with Pseudomonas species significantly reduced MDA content and increased proline content, especially at 60 and 120 mM NaCl treatments. Moreover, the activity of superoxide dismutase and guaiacol peroxidase raised significantly, as the salt level increased. PGPR inoculation induced a higher increase in these antioxidant enzyme activities at all salt levels. The salinity stress decreased the concentration of K and K/Na ratios. Bacterial inoculation significantly increased K concentration under severe salinity stress and promoted a higher K/Na ratio.
Conclusion: Inoculation with all PGPR species at 120 and 180 mM NaCl led to the enhancement of salinity tolerance of liquoric through increased production of proline and antioxidant enzymes and maintaining a higher K/Na ratio. Results indicate that inoculation with selected PGPR, especially Pseudomonas species could serve as a useful tool for alleviating salinity stress in liquorice.

کلیدواژه‌ها [English]

  • antioxidant enzymes
  • osmolyte
  • plant growth-promoting microorganisms
  • salinity

مراجع

1.Ilangumaran, G. & Smith, D. L. (2017). Plant growth promoting rhizobacteria in amelioration of salinity stress: a systems biology perspective. Front. Plant Sci. 8, 1768.
2.Dodd, I. C. & Pérez-Alfocea, F. (2012). Microbial amelioration of crop salinity stress. J. Exp. Bot. 63 (9), 3415-3428.
3.Hu, Y. & Schmidhalter, U. (2005). Drought and salinity: a comparison of their effects on mineral nutrition
of plants. J. Plant Nutr. Soil Sci. 168 (4), 541-549.
4.Mittler, R. (2002). Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science. 7 (9), 405-410.
5.Singh, R. P. & Jha, P. N. (2016). The multifarious PGPR Serratia marcescens CDP-13 augments induced systemic resistance and enhanced salinity tolerance of wheat (Triticum aestivum L.). Plos One. 11, 6.e0155026.
6.Cordero, I., Balaguer, L., Rincon, A. & Pueyo, J. J. (2018). Inoculation of tomato plants with selected PGPR represents
a feasible alternative to chemical fertilization under salt stress. J. Plant Nutr. Soil Sci. 181 (5), 694-703.
7.Salomon, M. V., Bottini, R., de Souza Filho, G. A., Cohen, A. C., Moreno, D., Gil, M. & Piccoli, P. (2014). Bacteria isolated from roots and rhizosphere of Vitis vinifera retard water losses, induce abscisic acid accumulation and synthesis of defense‐related terpenes in vitro cultured grapevine. Physiol. Plant. 151 (4), 359-374.
8.Upadhyay, S. & Singh, D. (2015). Effect of salt‐tolerant plant growth‐promoting rhizobacteria on wheat plants and soil health in a saline environment. Plant Biol. 17 (1), 288-293.
9.Khan, M. & Hemalatha, S. (2016). Biochemical and molecular changes induced by salinity stress in Oryza sativa L. Acta Physiol. Plant. 38 (7), 167.
10.Ha-Tran, D. M., Nguyen, T. T. M., Hung, S. H., Huang, E. & Huang, C. C. (2021). Roles of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) in stimulating salinity stress defense in plants: A review. Int. J. Mol. Sci. 22 (6), 3154.
11.Wang, W., Wu, Z., He, Y., Huang, Y., Li, X. & Ye, B. C. (2018). Plant growth promotion and alleviation of salinity stress in Capsicum annuum L. by Bacillus isolated from saline soil in Xinjiang. Ecotoxicol. Environ. Saf. 164, 520-529.
12.Kasotia, A., Varma, A. & Choudhary, D. K. (2015). Pseudomonas-mediated mitigation of salt stress and growth promotion in Glycine max. Agric. Res.4 (1), 31-41.
13.Jha, Y. & Subramanian, R. (2014). PGPR regulate caspase-like activity, programmed cell death, and antioxidant enzyme activity in paddy under salinity. Physiol. Mol. Biol. 20 (2), 201-207.
14.Ghadiri, H. & Bagherian, T. N. (2000). Effects of scarification and temperature on germination of licorice (Glycyrrhiza glabra L.) seeds. J. Agric. Sci. Technol. 2, 257-262.
15.Murashige, T. & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15 (3), 473-497.
16.Lichtenthaler, H. K. & Buschmann, C. (2001). Chlorophylls and carotenoids: measurement and characterization by UV-VIS spectroscopy. P 431-438, In: R.E., Wrolstad, T.E. Acree, H. An, E.A. Decker, M.H. Penner, D.S. Reid, S.J. Schwartz, C.F. Shoemaker and P. Sporns (eds.), Current Protocols in Food Analytical Chemistry. Chapter F4. Chlorophylls, John Wiley and Sons, New York, NY, USA.
17.Bates, L. S., Waldren, R. P. & Teare, I. (1973). Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil. 39 (1), 205-207.
18.Heath, R. L. & Packer, L. (1968). Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch. Biochem. Biophys. 125 (1), 189-198.
19.Bacelar, E. A., Santos, D. L., Moutinho-Pereira, J. M., Lopes, J. I., Gonçalves, B. C., Ferreira, T. C. & Correia, C. M. 2007. Physiological behaviour, oxidative damage and antioxidative protection of olive trees grown under different irrigation regimes. Plant Soil. 292 (1), 1-12.
20.Chance, B. & Maehly, A. (1955). Assay of catalase and peroxidase. Methods in Enzymology, Pp: 764-775.
21.Giannopolitis, C. N. & Ries, S. K. (1977). Superoxide dismutases: II. Purification and quantitative relationship with water-soluble protein in seedlings. Plant Physiol. 59 (2), 315-318.
22.Siddikee, M. A., Glick, B. R., Chauhan, P. S., Jong Yim, W. & Sa, T. (2011). Enhancement of growth and salt tolerance of red pepper seedlings (Capsicum annuum L.) by regulating stress ethylene synthesis with halotolerant bacteria containing
1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deaminase activity. Plant Physiol. Biochem. 49 (4), 427-434.
23.Hamdia, M., Shaddad, M. & Doaa, M. M. (2004). Mechanisms of salt tolerance and interactive effects of Azospirillum brasilense inoculation on maize cultivars grown under salt stress conditions. Plant Growth Regul. 44 (2), 165-174.
24.Mayak, S., Tirosh, T. & Glick, B. R. (2004). Plant growth-promoting bacteria confer resistance in tomato plants to
salt stress. Plant Physiol. Biochem. 42 (6), 565-572.
25.Rojas-Tapias, D., Moreno-Galván, A., Pardo-Díaz, S., Obando, M., Rivera, D. & Bonilla, R. (2012). Effect of inoculation with plant growth-promoting bacteria (PGPB) on amelioration of saline stress in maize (Zea mays). Appl. Soil Ecol. 61, 264-272.
26.Abdel Latef, A. A. H., Abu Alhmad, M. F., Kordrostami, M., Abo-Baker, A. B. A. E. & Zakir, A. (2020). Inoculation with Azospirillum lipoferum or Azotobacter chroococcum reinforces maize growth by improving physiological activities under saline conditions. Plant Growth Regul. 39 (3), 1293-1306.
27.Gupta, A., Rai, S., Bano, A., Sharma, S., Kumar, M., Binsuwaidan, R., Suhail Khan, M., Upadhyay, T. K., Alshammari, N. & Saeed, M. (2022). ACC Deaminase Produced by PGPR mitigates the adverse effect of osmotic and salinity stresses in Pisum sativum through modulating the antioxidants activities. Plants. 11 (24), 3419.
28.Abdelmoteleb, A. & Gonzalez-Mendoza, D. (2020). Isolation and identification of phosphate solubilizing Bacillus spp. from Tamarix ramosissima rhizosphere and their effect on growth of Phaseolus vulgaris under salinity stress. Geomicrobiol. J. 37 (10), 901-908.
29.Yoolong, S., Kruasuwan, W., Thanh Phạm, H. T., Jaemsaeng, R., Jantasuriyarat, C. & Thamchaipenet, A. (2019). Modulation of salt tolerance in Thai jasmine rice (Oryza sativa L. cv. KDML105) by Streptomyces venezuelae ATCC 10712 expressing ACC deaminase. Sci. Rep. 9 (1), 1-10.
30.Naliwajski, M. & Skłodowska, M. (2021). The relationship between the antioxidant system and proline metabolism in the leaves of cucumber plants acclimated to salt stress. Cells. 10 (3), 609.
31.Kohler, J., Hernández, J. A., Caravaca, F. & Roldán, A. (2009). Induction of antioxidant enzymes is involved in the greater effectiveness of a PGPR versus AM fungi with respect to increasing the tolerance of lettuce to severe salt stress. Environ. Exp. Bot. 65 (2-3), 245-252.
32.Signorelli, S., Coitiño, E. L., Borsani, O. & Monza, J. (2014). Molecular mechanisms for the reaction between
•OH radicals and proline: insights on the role as reactive oxygen species scavenger in plant stress. J. Phys. Chem. B. 118 (1), 37-47.
33.Patel, D. & Saraf, M. (2013). Influence of soil ameliorants and microflora on induction of antioxidant enzymes and growth promotion of Jatropha curcas L. under saline condition. Eur. J. Soil Biol. 55, 47-54.
34.Bano, A. & Fatima, M. (2009). Salt tolerance in Zea mays (L). following inoculation with Rhizobium and Pseudomonas. Biol. Fertil. Soils. 45 (4), 405-413.
35.Samaddar, S., Chatterjee, P., Choudhury, A. R., Ahmed, S. & Sa, T. (2019). Interactions between Pseudomonas spp. and their role in improving the red pepper plant growth under salinity stress. Microbiol. Res. 219, 66-73.
36.Singh, R. P. & Jha, P. N. (2017). The PGPR Stenotrophomonas maltophilia SBP-9 augments resistance against biotic and abiotic stress in wheat plants. Front. Microbiol. 8, 1945.
37.Alexander, A., Singh, V. K. & Mishra, A. (2020). Halotolerant PGPR Stenotrophomonas maltophilia BJ01 induces salt tolerance by modulating physiology and biochemical activities of Arachis hypogaea. Front. Microbiol. 11, 568289.
38.Sharma, S., Kulkarni, J. & Jha, B. (2016). Halotolerant rhizobacteria promote growth and enhance salinity tolerance in peanut. Front. Microbiol. 7, 1600.
39.Karthikeyan, B., Joe, M. M., Islam, M. & Sa, T. (2012). ACC deaminase containing diazotrophic endophytic bacteria ameliorate salt stress in Catharanthus roseus through reduced ethylene levels and induction of antioxidative defense systems. Symbiosis. 56 (2), 77-86.
40.Fu, Q., Liu, C., Ding, N., Lin, Y. & Guo, B. (2010). Ameliorative effects of inoculation with the plant growth-promoting rhizobacterium Pseudomonas sp. DW1 on growth of eggplant (Solanum melongena L.) seedlings under salt stress. Agric. Water Manage. 97 (12), 1994-2000.
41.Fazal, A. & Bano, A. (2016). Role of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR), biochar, and chemical fertilizer under salinity stress. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 47 (17), 1985-1993.
42.Chiboub, M., Jebara, S. H., Saadani, O., Fatnassi, I. C., Abdelkerim, S. & Jebara, M. (2018). Physiological responses and antioxidant enzyme changes in Sulla coronaria inoculated by cadmium resistant bacteria. J. Plant Res. 131 (1), 99-110.
43.Bhattacharyya, D., Yu, S. M. & Lee, Y. H. (2015). Volatile compounds from Alcaligenes faecalis JBCS1294 confer salt tolerance in Arabidopsis thaliana through the auxin and gibberellin pathways and differential modulation of gene expression in root and shoot tissues. Plant Growth Regul. 75 (1), 297-306.
44.Suarez, C., Cardinale, M., Ratering, S., Steffens, D., Jung, S., Montoya, A.M.Z., Geissler-Plaum, R. & Schnell, S. (2015). Plant growth-promoting effects of Hartmannibacter diazotrophicus on summer barley (Hordeum vulgare L.) under salt stress. Appl. Soil Ecol. 95, 23-30.
45.Krishnamoorthy, R., Kim, K., Subramanian, P., Senthilkumar, M., Anandham, R. & Sa, T. (2016). Arbuscular mycorrhizal fungi and associated bacteria isolated from salt-affected soil enhances the tolerance of maize to salinity in coastal reclamation soil. Agric. Ecosyst. Environ. 231, 233-239.
46.Masmoudi, F., Tounsi, S., Dunlap, C. A. & Trigui, M. (2021). Endophytic halotolerant Bacillus velezensis FMH2 alleviates salt stress on tomato plants by improving plant growth and altering physiological and antioxidant responses. Plant Physiol. Biochem. 165, 217-227.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 30، شماره 2
تیر 1402
صفحه 183-203

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار