تاثیر قارچ‌ مایکوریزا بر ویژگی‌های فیزیولوژیکی و زی‌توده ریشه نهال‌های پالونیا (Paulownia fortunei) در تنش خشکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته علوم و مهندسی جنگل، گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

2 نویسنده مسئول، استادیار گروه مهندسی منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

4 دانشیار گروه مهندسی علوم خاک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: پالونیا به عنوان یکی از درختان تند‌رشد به منظور تولید چوب به شمار می‌رود. از آنجا که گسترش جنگل‌کاری‌ها در مناطق خشک و نیمه خشک با محدویت آب رو‌برو بوده و تنش خشکی از عوامل محدودکننده گسترش و استقرار جنگل‌کاری‌ها به‌شمار می‌رود، استفاده از روش‌های نوین در کاهش مصرف آب برای آبیاری درختان اهمیت فراوانی دارد. یکی از این روش‌ها، بهره‌گیری از همزیستی قارچ‌های مایکوریزا با ریشه گیاهان است که از یک سو سبب صرفه‌جویی در مصرف آب و از سوی دیگر باعث افزایش موفقیت استقرار درختان می‌شود. بنابراین پژوهش کنونی با هدف بررسی اثر مایه‌کوبی قارچ‌های مایکوریزا-آربسکولار بر برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک و زی‌توده ریشه نهال‌ پالونیا، تحت تنش ‌خشکی انجام شد.
مواد و روش‌ها: این آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار و دو فاکتور شامل تنش‌خشکی در چهار سطح (80،60،40 و 100 درصد ظرفیت زراعی) و قارچ مایکوریزا (در دو سطح با مایکوریزا و بدون مایکوریزا) اجرا شد. مایه‌کوبی مایکوریزا بصورت بذرمال قبل از کشت انجام شد. در این آزمایش ویژگی‌های وزن تر و خشک ریشه، نشت الکترولیت، شاخص سبزینگی، تبادل گازهای فتوسنتزی شامل (نرخ خالص فتوسنتز، غلظت CO2 بین سلولی، سرعت تعرق و هدایت روزنه‌ای) و دمای برگ اندازه‌گیری شد. برای مقایسه پاسخ نهال‌های مایه‌کوبی شده با قارچ‌های مایکوریزا با نمونه‌های مایه‌کوبی نشده تحت تنش خشکی، پس از بررسی توزیع نرمال داده‌ها از آنالیز واریانس دو طرفه استفاده شد.
یافته‌ها: یافته‌های این آزمایش نشان داد که اثر برهم‌کنش تنش خشکی و قارچ مایکوریزا برای صفات نرخ خالص فتوسنتز، هدایت روزنه‌ای، سرعت تعرق و وزن خشک ریشه معنی‌دار بود. اثر ساده قارچ مایکوریزا بر شاخص سبزینگی و وزن تر ریشه معنی‌دار بود. همچنین اثر ساده تنش خشکی بر صفات نشت الکترولیت، غلظت CO2 بین سلولی، وزن تر ریشه، دمای برگ معنی‌دار بود. نرخ خالص فتوسنتز در تیمار با مایکوریزا در سطح بدون تنش نسبت به مقدار آن در تیمار بدون مایکوریزا در سطح تنش شدید حدود 4 برابر افزایش داشت. همچنین، مقدار هدایت روزنه‌ای در تیمار با مایکوریزا در سطح بدون تنش نسبت به مقدار آن در تیمار بدون مایکوریزا در سطح تنش شدید حدود 10 برابر افزایش نشان داد. سرعت تعرق نیز در تیمار با مایکوریزا در سطح بدون تنش نسبت به تیمار بدون مایکوریزا در سطح تنش شدید حدود 6 برابر افزایش نشان داد. وزن خشک ریشه در تیمار با مایکوریزا در سطح بدون تنش نسبت به مقدار آن در تیمار بدون مایکوریزا در سطح تنش شدید حدود 5/3 برابر بیشتر بود. ولی مقدار نشت الکترولیت در تیمار بدون مایکوریزا نسبت به مقدار آن در تیمار با مایکوریزا حدود 7 درصد افزایش نشان داد. به علاوه، شاخص سبزینگی در تیمار بدون مایکوریزا حدود 8 درصد کمتر از مقدار آن در تیمار با مایکوریزا بود. غلظت دی‌اکسیدکربن بین ‌سلولی نیز در تیمار با مایکوریزا نسبت به مقدار آن در تیمار بدون مایکوریزا حدود 13درصد افزایش نشان داد. یافته‌های این آزمایش نشان داد که ویژگی‌های فیزیولوژیک همچون نرخ خالص فتوسنتز، هدایت روزنه‌ای، غلظت CO2 بین سلولی، سرعت تعرق، دمای برگ و شاخص سبزینگی در تمام سطوح تنش خشکی افزایش یافت اما نشت الکترولیت بصورت معنی‌داری در همه سطوح تنش کاهش یافت.
نتیجه‌گیری: به نظر می‌رسد که کاربرد قارچ میکوریزا نقش موثری در تبادل گازهای فتوسنتزی و پایداری غشا و در نهایت افزایش مقاومت و زنده‌مانی نهال پالونیا فوروتونی در تنش خشکی ایفا می‌کند. بنابراین کاربرد مایکوریزا در جنگل‌کاری‌ با این گونه در مناطق خشک، پیشنهاد شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of mycorrhizal fungi inoculation on physiological characteristics and root mass of Paulownia fortunei seedlings under drought stress conditions

نویسندگان [English]

  • Elham Hasani 1
  • مرتضی پوررضا 2
  • Saeid Jalali Honarmand 3
  • Ali Beheshti Ale Agha 4
1 . Graduate of Forest Science and Engineering, Dept. of Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.
2 Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.
3 Associate Prof., Dept. of Plant Production and Genetic, Razi University, Kermanshah, Iran
4 Associate Prof., Dept. of Soil Science Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

Background and Objectives: Paulownia species is one of the trees introduced for wood production. Developing afforestation in arid and semi-arid areas presents a challenge due to limited water resources. Drought stress is a significant obstacle to the growth and establishment of plantations, making it crucial to implement innovative methods and techniques to reduce water usage for tree irrigation. Using mycorrhizal fungi to coexist with plants saves water consumption and increases tree establishment success. The study aimed to investigate the impact of arbuscular mycorrhiza fungi on the physiological characteristics and root mass of Paulownia fortunei seedlings under drought stress.
Materials and Methods: The experiment followed a completely randomized design with two factors and three replications. These factors were drought stress at four levels (80%, 60%, 40%, and 100% of crop capacity) and mycorrhizal fungi at two levels (with and without mycorrhiza). This experiment took measurements for root wet and dry weight, electrolyte leakage, greenness index, photosynthetic gas exchange (including net rate of photosynthesis, intercellular CO2 concentration, transpiration rate, and stomatal conductance), and leaf temperature. Two-way analysis of variance was performed after confirming the normal distribution of data to compare the response of mycorrhizal fungi-inoculated seedlings with those not inoculated under drought stress.
Results: The net rate of photosynthesis in the treatment with mycorrhiza at the non-stress level was about 4 times higher than its value in the treatment without mycorrhiza at the severe stress level. Also, the amount of stomatal conductance in the treatment with mycorrhiza at the non-stress level showed an increase of about 10 times compared to its value in the treatment without mycorrhiza at the severe stress level. The rate of transpiration was also showed an increase of about 6 times in the treatment with mycorrhiza in the non-stress level compared to the treatment without mycorrhiza in the severe stress level. The dry weight of the root in the treatment with mycorrhiza at the non-stress level was about 3.5 times higher than its value in the treatment without mycorrhiza at the severe stress level. But the amount of electrolyte leakage in the treatment without mycorrhiza showed an increase of about 7% compared to the amount in the treatment with mycorrhiza. In addition, the greenness index in the treatment without mycorrhiza was about 8% lower than its value in the treatment with mycorrhiza. The concentration of intercellular carbon dioxide also showed an increase of about 13% in the treatment with mycorrhiza compared to its value in the treatment without mycorrhiza.

Conclusion: It was concluded that the application of mycorrhizal fungi plays an effective role in photosynthetic gas exchange and membrane stability, ultimately increasing the resistance and survival of Paulownia fortunei seedlings in drought stress. Therefore, the use of mycorrhiza in afforestation with this species in dry areas should be suggested.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Environmental stress
  • Greenness index
  • Microorganism
  • Photosynthesis

مراجع

1.Boutasknit, A., Baslam, M., Ait-El-Mokhtar, M., Anli, M., Ben-Laouane, R., Douira, A., El Modafar, C., Mitsui, T., Wahbi, S., & Meddich, A. (2020). Arbuscular mycorrhizal fungi mediate drought tolerance and recovery in two contrasting carob (Ceratonia siliqua L.) ecotypes by regulating stomatal, water relations, and (in) organic adjustments. Plants, 9 (1), 80.
Zamani Kebrabadi, B., Hojjati, S. M., Rejali, F., Esmaeili Sharif, M., & Saboohi, R. (2022). Investigation of the effect of mycorrhizal fungi on seedlings Elaeagnus angustifolia L. under
drought stress under controlled conditions. Forest Research and Development, 7 (4), 623-638.
3.Osmolovskaya, N., Shumilina, J., Kim, A., Didio, A., Grishina, T., Bilova, T., Keltsieva, O. A., Zhukov, V., Tikhonovich, I., & Tarakhovskaya, E. (2018). Methodology of drought stress research: Experimental setup and physiological characterization. International Journal of Molecular Sciences,
19 (12), 4089.
Jabborova, D., Annapurna, K., Azimov, A., Tyagi, S., Pengani, K. R., Sharma, P., Vikram, K. V., Poczai, P., Nasif, O., Ansari, M. J., & Sayyed, R. Z. (2022). Co-inoculation of biochar and arbuscular mycorrhizae for growth promotion and nutrient fortification in soybean under drought conditions. Frontier of Plant Science, 13, 947547. doi: 10.3389/ fpls.2022.947547.
Gregory, P. (2007). Plant roots. Wiley Online Library.
Pinheiro, C., & Chaves, M. (2011). Photosynthesis and drought: can we make metabolic connections from available data? Journal of Experimental Botany,
62 (3), 869-882.
Augé, R. M., Toler, H. D., & Saxton, A. M. (2015). Arbuscular mycorrhizal symbiosis alters stomatal conductance of host plants more under drought than under amply watered conditions: a meta-analysis. Mycorrhiza, 25 (1), 13-24.
Konôpka, B., Noguchi, K., Sakata, T., Takahashi, M., & Konôpková, Z. (2007). Effects of simulated drought stress on the fine roots of Japanese cedar (Cryptomeria japonica) in a plantation forest on the Kanto Plain, eastern Japan. Journal of Forest Research, 12 (2), 143-151. https:// doi.org/10.1007/s10310-006-0257-0.
Saraswathi, S. G., & Paliwal, K. (2011). Drought induced changes in growth, leaf gas exchange and biomass production in Albizia lebbeck and Cassia siamea seedlings. Journal of Environmental Biology, 32 (2), 173-178.
Chen, W., Meng, P., Feng, H., & Wang, C. (2020). Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on growth and physiological performance of Catalpa bungei CA Mey. under drought stress. Forests, 11 (10), 1117.
Smith, S. E., & Read, D. J. (2010). Mycorrhizal symbiosis. Academic press.
Amiri, R., Nikbakht, A., & Etemadi, N. (2015). Alleviation of drought stress on rose geranium [Pelargonium graveolens (L.) Herit.] in terms of antioxidant activity and secondary metabolites by mycorrhizal inoculation. Scientia Horticulturae, 197, 373-380.
Gupta, M. M. (2020). Arbuscular mycorrhizal fungi: the potential soil health indicators. Soil health, 183-195.
Huang, D., Ma, M., Wang, Q.,
Zhang, M., Jing, G., Li, C., & Ma, F. (2020). Arbuscular mycorrhizal fungi enhanced drought resistance in apple by regulating genes in the MAPK pathway. Plant Physiology and Biochemistry,
149, 245-255.
Chávez, D., Rivas, G., Machuca, Á., Santos, C., Deramond, C., Aroca, R., & Cornejo, P. (2023). Contribution of Arbuscular Mycorrhizal and Endophytic Fungi to Drought Tolerance in Araucaria araucana Seedlings. Plants, 12 (11), 2116.
Ren, A. T., Zhu, Y., Chen, Y. L., Ren, H. X., Li, J. Y., Kay Abbott, L., & Xiong, Y. C. (2019). Arbuscular mycorrhizal fungus alters root-sourced signal (abscisic acid) for better drought acclimation in Zea mays L. seedlings. Environmental and Experimental Botany, 167, 103824. https://doi.org/ https://doi.org/ 10.1016/ j.envexpbot. 2019.103824.
Bouskout, M., Bourhia, M., Al Feddy, M. N., Dounas, H., Salamatullah, A. M., Soufan, W., Nafidi, H. A., & Ouahmane, L. (2022). Mycorrhizal fungi inoculation improves Capparis spinosa’s yield, nutrient uptake and photosynthetic efficiency under water deficit. Agronomy, 12 (1), 149.
Rychter, A. M., & Rao, I. (2005).
Role of phosphorus in photosynthetic carbon metabolism. Handbook of Photosynthesis, 2, 123-148.
Hassani, A., Omidbagi, R., & Abad, H. H. S. (2004). Study of some drought resistance indices in basil (Ocimum basilicum). Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources,
10 (4), 65. https://www.magiran.com/ paper/177005.
Heidari, M., & Karami, V. (2013). Effects of water stress and different mycorrhiza species on grain yield, yield components, chlorophyll content and biochemical components of sunflower. Environmental Stresses in Crop Sciences, 6 (1), 17-26.
Fattahi, M., Mohammadkhani, A., Shiran, B., Baninasab, B., & Ravash, R. (2021). Influence of arbuscular mycorrhizal fungi symbiosis with different pistachio rootstocks in salinity stress condition. Journal of Plant Process and Function, 9 (4), 309-326. https://www.magiran.com/paper/2213220.
Zarik, L. (2016). Use of arbuscular mycorrhizal fungi to improve the drought tolerance of Cupressus atlantica G. Comptes Rendus Biologies.
Nodeh, M., Aliarab, A., & Sadati, S. e. (2021). Effect of foliar spray of growth regulators on survival and growth of Paulownia fortunei seedlings under drought stress. Journal of Wood and Forest Science and Technology,
28 (3), 37-51. https://doi.org/10.22069/ jwfst.2021.18866.1917.
Zhu, Z. H., Chao, C. J., Lu, X. Y., & Xiong, Y. G. (1986). Paulownia in China: cultivation and utilization. International Development Research Centre.
Sheykh, H., Ali-Arab, A. R., &
Sadati, S. E. (2017). Effect of salinity
on seed germination, growth and survival of paulownia fortunei seedlings under laboratory and greenhouse conditions. Forest and Wood Products, 70 (4), 649-658. https://doi.org/10. 22059/jfwp.2017.238432.862.
Hashish, K. I., Mazhar, A. A. E. H., & Abdel-Aziz, N. G. (2023). Chemical and Physiological Effect of Mycorrhiza and yeast on Paulownia Seedlings Grown under Saline Condition. Egyptian Journal of Chemistry, 66 (8), 425-438. https://doi.org/10.21608/ejchem.2022.168402.7087.
Khaleghi, A., Naderi, R., Brunetti, C., Maserti, B. E., Salami, S. A., & Babalar, M. (2019). Morphological, physiochemical and antioxidant responses of Maclura pomifera to drought stress. Scientific Reports, 9 (1), 19250. https://doi.org/ 10.1038/s41598-019-55889-y.
Sanjari, M., Siroosmehr, A., & Fakheri, B. (2015). The effects of drought stress and humic acid on some physiological characteristics of roselle. Journal of Crops Improvement, 17 (2), 403-414. https://doi.org/10.22059/jci.2015.55189.
Phillips, J. M., & Hayman, D. S. (1970). Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection. Transactions
of the British Mycological Society,
55 (1), 158-IN118. https://doi.org/ https:// doi.org/ 10.1016/S0007-1536 (70) 80110-3.
Sairam, R. K., & Saxena, D. C. (2000). Oxidative Stress and Antioxidants in Wheat Genotypes: Possible Mechanism of Water Stress Tolerance. Journal
of Agronomy and Crop Science,
184 (1), 55-61. https://doi.org/https:// doi.org/ 10.1046/ j.1439-037x.2000. 00358.x.
Vouillot, M. O., Huet, P., & Boissard, P. (1998). Early detection of N deficiency in a wheat crop using physiological
and radiometric methods. Agronomie,
18 (2), 117-130. https://doi.org/10. 1051/agro:19980202.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 31، شماره 3
مهر 1403
صفحه 147-164

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار