۲-۱- ریشه گاه(ریزوسفر)
ریشه گاه به لایه نازکی از خاک اطراف ریشه اطلاق می شود که جامعه موجودات زنده آن ناحیه از نظر کمی وکیفی تحت تاثیر فعالیت های حیاتی ریشه مانند تنفس و تراوه های ریشه می باشند. درمیان میکروارگانیسمهای ریشه گاه، باکتریها به دلیل سرعت رشد زیاد و توانایی استفاده ازمنابع متنوع کربن و نیتروژن از بیشترین تراکم جمعیت برخوردارمی باشند به باکتری های منطقه ریشه گاه اصطلاحا باکتری های ریشه گاهی گفته می شود. تعدادی از این سلول های باکتریایی به ذرات خاک چسبیده اند، تعدادی درون خاکدانه ها استقرار یافته اند و برخی دیگر با ریشه های گیاهان درتماس می باشند. معمولا تراکم جمعیت باکتری دراطراف ریشه گیاهان بیشتر از نواحی دیگرخاک می باشد که این خود حاکی از منابع غذایی فراوان دراطراف ریشه گیاهان تامین منابع رشد و متابولیسم باکتری ها می باشد (گری و اسمیت، ۲۰۰۴ ).
۳-۲- باکتریهای ریشه گاهی
تاثیر باکتری های ریشه گاهی برگیاه میزبان مورد نظرمی تواند مفید مضر و یا خنثی باشد(جیانگ و ساتو، ۱۹۹۴ )که بر این اساس باکتری های ریشه گاهی به ترتیب به باکتریهای ریشه گاهی مفید[۲]، مضر[۳] وخنثی[۴] گروه بندی می شوند ( زهیر و همکاران، ۲۰۰۴ ). باکتری های ریشه گاهی مضر قادرند عملکرد محصولات کشاورزی را۲۵ تا۱۰۰ درصد کاهش دهند ( گلیک و همکاران، ۲۰۰۴؛ سارور و کرمر،۱۹۹۵). باکتریهای مضر ضرورتا پارازیت بافت های گیاهی نمی باشند. فعالیت مضرآنها شامل تغییر در جذب آب، آهن و عناصرغذایی و به دنبال آن تغییرعملکرد ریشه و محدود کردن رشد آن است (شیپر و همکاران، ۱۹۸۷؛ ساسلو و اسکروت،۱۹۸۲). تولید متابولیت هایی از قبیل سیانید هیدروژن[۵] ( HCN )، سیدروفر[۶](آهن بر)، مواد سمی و مقادیر بالای هورمون های گیاهی ازقبیل IAA[7] نیز از دیگر فعالیتهای آنها به شمارمی رود (سارور و جیانی، ۱۹۶۷ ). جنس های متفاوتی از باکتری های مضرگزارش شده است که ازجمله آنها می توان به باکتریهای جنس Enterobacter, Erwinia و Agrobacterium اشاره نمود( میودت و گینز، ۱۹۶۷ ). در مقابل، باکتری های ریشه گاهی مفید که به آنها باکتری محرک رشد گیاه [۸](PGPR) نیز گفته می شود، قادرند رشد و عملکرد محصولات زراعی را افزایش دهند (اسری و همکاران، ۲۰۰۷).
۲-۳- باکتری های ریشه گاهی محرک رشد گیاه ( PGPR)
اولین بار اصطلاح باکتری های ریشه گاهی محرک رشد گیاه درسال ۱۹۸۷ توسط کلوپر و اسکروت پیشنهاد شد. باکتری های ریشه گاهی محرک رشد گیاه به طور کلی به دو گروه زیرتقسیم بندی می شوند:
الف) باکتری های محرک رشدی که با گیاهان روابط همزیستی برقرارمی کنند که از آن جمله می توان به باکتری های Rhizobium, Bradyrhizobium و آزوسپریلوم در همزیستی با گیاهان لگوم، فرانکیا در همزیستی آکتینوریزی و سیالوباکتر در همزیستی Gunnera اشاره نمود (گری و اسمیت، ۲۰۰۴).
ب) باکتری های محرک رشدی که بدون ایجاد روابط همزیستی توانایی تحریک رشد گیاه میزبان را دارند این دسته از باکتری ها از توانایی خوبی برای کلونیزاسیون ریشه برخوردار بوده و با بهره گرفتن از مکانیسم های مختلف قادر به افزایش رشد گیاه میزبان می باشند (کلوپرو همکاران،۱۹۸۷).
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
تاچند دهه اخیر اصطلاح PGPR به انواعی از باکتری های ریشه گاهی اطلاق می شد که به طورغیرمستقیم وازطریق کنترل عوامل بیماریزای گیاهی شرایط مناسب برای رشد گیاهان فراهم کردند. ولی بعدها محققین با بیان اثرات مفیدی که ازسوی باکتری های ریشه گاهی به طورمستقیم بر رشد گیاهان اعمال می شود( گلیک و همکاران،۱۹۹۴؛ دفریتاس و جرمیدا، ۱۹۹۰) گروه میکروارگانیسم های ریشه گاهی محرک رشد گیاه را گسترش دادند.
۲-۴- تاریخچه استفاده از باکتری های مفید ریشه گاهی
درسال ۱۸۹۵ برای اولین بارمایه تلقیح ریزوبیومی بنام نیتراژین به صورت تجاری ساخته شد. بعدها مایه تلقیح ازتوباکتر با نام های تجاری ازتوژن (Azotogen )و ازتوباکتین ( Azotobactin) معرفی شد. سالها بعد کود بیولوژیک فسفوباکتین (Phosphobactin) که مایع تلقیح باکتری Bacillus megaterium phophaticum بود به بازارآمد. این کود بیولوژیک فسفر قابل جذب گیاه را افزایش می داد استفاده از باکتری های محرک رشد ریزوسفری به صورت کود بیولوژیک ابتدا در کشور روسیه درسال ۱۹۵۰ آغازشد( خاوازی و ملکوتی ۱۳۸۰ به نقل از رحمانی وفلاح ۱۳۸۰). با مشاهده اثرات PGPR آنها و از جمله کارایی گونه های سودوموناس در کنترل عوامل بیماریزای خاکزاد اعتبار علمی استفاده از این کودها درسال ۱۹۷۰ به تائید رسید. به دلیل پتانسیل بالای باکتری های محرک رشد ریزوسفری در تولید هورمون های گیاهی تاثیرآنها بر رشد و عملکرد گیاهان و همچنین کاهش خسارات ناشی از عوامل بیماریزای گیاهی در سال های اخیر از آنها به عنوان هورمون محرک ریشه زایی و عوامل کنترل زیستی استفاده شده است.(کارلیداگ و همکاران، ۲۰۰۷). در بسیاری از مناطق دنیا استفاده از آنها به صورت تحریک کننده های رشد و کنترل زیستی به منظور بهبود رشد گیاه و کاهش الودگی ناشی از مصرف کودهای شیمیایی و افت کش ها رواج یافته است.
۲-۵- جنس های گزارش شده ازباکتری های ریزوسفری محرک رشد گیاه
جنس های متفاوتی از باکتری های محرک رشد گیاه گزارش شده است که از آن جمله می توان به باکتری های جنس Azotobacter, Azospirillum, Pseudomonas, Flavobacterium Acetobacter, Burkholderia, Bacillus, Agrobacterium, Chromobacterium, Micrococus, Arthobacter, Klebsiella, Xanthomonas, Hypomycrobium, Erwinia اشاره نمود )گری و اسمیت،۲۰۰۴(. باکتری های جنس Arthrobacter, Pseudomonas, Flavobacterium از جنس های غالب باکتریایی در خاکهای اطراف ریشه و ریزوسفر گزارش شده اند ( میسکو و جرمیدا، ۲۰۰۲). طی تحقیقی کلیبرگر و همکاران (۱۹۸۳) مشاهده کردند که در ریزوسفر گیاه گندم سودوموناس ها از بیشترین تراکم جمعیت برخوردارهستند (میسکو و جرمیدا، ۲۰۰۴). سویه های بسیاری از سودوموناس های فلورسنت بخصوص P.flurescens وPutida رشد گیاهان را تحریک می کنند و قادر به افزایش عملکرد گیاهان زراعی می باشند (ولاسک و همکاران،۱۹۹۲؛ شیپر و همکاران ،۱۹۸۷). تولید دهها متابولیت ثانویه توسط سودوموناس ها بر اهمیت استفاده از آنها برای اهداف کشاورزی صنعتی و بهداشتی تاکید می نماید (امی و همکاران، ۱۹۹۲).
۲-۵-۱- خصوصیات کلی باکتریهای جنس سودوموناس
خانواده Pseudomonadaceae گروه بزرگی از باکتری های گرم منفی می باشند که به فراوانی در محیط های آبی خاکی یافت می شوند (تدار،۲۰۰۴ ). از نظر مرفولوژی این میکروارگانیسم ها گرم منفی بدون اسپور میله ای خمیده و یا صاف متحرک با یک یا چند فلاژل قطبی می باشند (تدار،۲۰۰۴). باکتری های جنس سودوموناس کاتالار مثبت نیازی به فاکتورهای رشد آلی ندارند. آنها توانایی تولید پیگمان های قابل انتشار و نامحلول را داشته و دارای ۵۸ تا۶۸ درصد مولی GC در DNA می باشند (تدار،۲۰۰۴ ). چهارجنس Pseudomonas, Xanthomonas, Zoogloea, Frateuriaدر این خانواده جای دارند. همه این جنس ها شیموارگاتوتروف هوازی و فاقد توانایی فتوسنتر می باشند. همگی آنها نیازهای غذایی ساده دارند به راحتی بر روی محیط های پایه رشد می کنند(حسن زاده ،۱۳۸۴). یکی ازمناسبترین محیط ها برای کشت سودوموناس ها محیط King B می باشد. همه گونه های شناخته شده سودوموناس درمحدوده ۲۸ تا۳۰ درجه سانتی گراد به طور کامل رشد می کنند (تدار،۲۰۰۴ ). از مهمترین ویژگی های سودوموناس فلورسنت می توان به تولید پیگمان های فلورسنس زیر طول موج نوری کوتاه ۲۵۴ نانومتر(نورفرابنفش) در شرایط کمبود آهن اشاره نمود. برخی ازاین پیگمان ها و یا مشتقات آنها به عنوان سیدروفور شناخته شده اند که در جذب آهن به باکتری کمک می کند به همین دلیل در شرایط کمبود آهن تولید این پیگمان ها افزایش می یابد (تدار،۲۰۰۴ ).
۲-۶- مکانیسم های مختلف تحریک رشدگیاه
باکتری های محرک رشد گیاه بوسیله مکانیسم های مختلف بطورمستقیم و یا غیرمستقیم رشد گیاهان را افزایش می دهند )کارلیداگ و همکاران، ۲۰۰۷).
۲-۶-۱- مکانیسم های غیرمستقیم
اثرات غیرمستقیم باکتری های محرک رشد گیاه شامل کنترل زیستی عوامل مضر و بیماری زای گیاهی است (گلیک و همکاران ، ۱۹۹۵). باکتری های محرک رشد گیاه از طریق تولید متابولیت های باکتریایی قادر به کنترل عوامل مضر و بیماری زای گیاهی می باشد. این باکتری ها با اختلال در رشد قارچ ها، نماتدها و باکتری های بیماریزای گیاهی قادر به حفاظت گیاه در مقابل عوامل بیماریزا هستند ( گلیک و همکاران، ۱۹۹۵؛ دیلپ کومار و داب، ۱۹۹۲).در اغلب مطالعات تولید آنتی بیوتیک، HCN وسیدروفور به دلیل کاهش فعالیت پاتوژن ها یا میکروارگانیسم های مضر به عنوان مکانیسم های غیرمستقیم تحریک رشد گیاه توسط PGPR شناخته شده اند(زهیر و همکاران، ۲۰۰۴(. آزمایشات نشان داده است که باکتری های Pseudomonas با کاهش جمعیت قارچهای مضر و تغییر ترکیب میکروارگانیسم های ریزوسفری قادر به افزایش رشد گیاهان می باشند )یاشیکاوا ، ۱۹۹۳(. توانایی سودوموناس های فلورسنت در کلنیزاسیون ریشه و حفاظت گیاه در مقابل عوامل بیماریهای پوسیدگی سیاه ریشه تنباکو، پوسیدگی ریشه هلو و گندم گزارش شده است.(کومار و همکاران، ۲۰۰۲).
مکانیسم های غیرمستقیم به شرح زیرمی باشند:
۲-۶-۱-۱- تولید آهن بر
گیاهان و همچنین میکروارگانیسم ها علی رغم فراوانی آهن در پوسته زمین اغلب با محدودیت منابع اهن قابل جذب مواجه می باشند. در این بین شماری از PGPR از طریق ترشح لیگاندهایی با وزن مولکولی کم (۱۰۰۰ ۴۰۰ دالتون ) آهن قابل استفاده را(Fe+2) کلات نموده و با جذب و سپس انتقال آن از دیواره سلولی نیاز خود به آهن را مرتفع می سازند (دفریتاس و جرمیدا، ۱۹۹۲). به این مولکولهای آلی آهن بر یا سیدروفور گویند. کمبود آهن علاوه بر تحریک و افزایش سنتز سیدروفور از طریق القا پروتئین های خاص غشایی باکتری را قادر به جذب کمپلکس سیدروفور آهن می کند (شیپر و همکاران، ۱۹۸۷). دراین شرایط کمبود اهن تولید سیدروفور می تواند موجب کنترل عوامل بیماری زای خاکزاد شود چون اولا موجب کاهش غلظت Fe+2 در ریزوسفر می گردد و ثانیا آنکه مکانیسم جذب سیدروفور تقریبا بسیار اختصاصی بوده و فقط خود میکروارگانیسم تولیدکننده سیدروفور و گروه های میکروبی و یا گیاهان محدودی قادر به استفاده آن می باشند(ارشاد و همکاران، ۲۰۰۷ ). بنابراین عملا عوامل بیماری زای خاکزاد دچار کمبود آهن شده و بدین ترتیب از رشد و شیوع آنها جلوگیری می شود (کرولی و همکاران، ۲۰۰۶).
در میان باکتری های محرک رشد ریزوسفری سودوموناس ها طیف وسیعی از ترکیبات آهن بر مانند اسیدسالسیلیک (Salicylic acid)، پیوکلین (Pyochelin)، سودباکتین(Pseudobactin)، و پیوردین (Pyoverdin) را تولید می کنند.( داولین و اگارا،۱۹۹۴؛ دافی و دیاگو،۱۹۹۹). آنها همچنین توانایی جذب سیدروفور سایر میکروازگانیسم ها را نیز دارند. درمیان انواع سیدروفورها سودوباکتین تمایل بالایی رای جذب آهن فریک دارد (لوپر و هنکلز،۱۹۹۹؛ اسکرنسن و همکاران، ۲۰۰۱). طی آزمایشی کلاپر و همکاران ( ۱۹۸۰ ) نشان دادند که سودوموناس ها درشرایط کمبود آهن با تولید رنگ دانه های سبز زرد سودوباکتین قادرند رشد گیاه سیب زمینی را افزایش دهند ( زهیر و همکاران،۲۰۰۴). درتحقیقی دیگر نیز بویسن ( ۱۹۹۶) گزارش کرد که P.aeruginosa 7NSK2 در شرایط کمبود آهن با تولید سه نوع سیدروفور شامل اسید سالسیلیک، پیوکلین و پیووردین توانایی کنترل قارچ Pythium ، عامل بیماری گیاهچه میری گوجه فرنگی دارد. همچنین در تحقیقی دیگرنشان داده شد که سیدروفورهای تولید شده توسط گونه های سودوموناس توانایی مقابله با قارچ Fusarium oxysporum را نیز دارند (دیلیپ کومار و داب، ۱۹۹۲). توانایی سیدروفور در کنترل عامل بیماری بستگی به نوع و گونه گیاهی ترکیب خاک نوع بیمارگر گیاهی و باکتری تولیدکننده سیدروفور دارد (کراولی و همکاران، ۲۰۰۶). لذا مطالعات بیشتری درخصوص بررسی کمیت و کیفیت سیدروفورتعیین شرایط مطلوب برای تولید میکروبی آنها و تاثیرآنها در تحریک رشد گیاهان لازم می باشد.
۲-۶-۱-۲- تولیدآنتی بیوتیک
از جمله مکانیسم های مورد استفاده باکتری های محرک رشد گیاه برای جلوگیری از تکثیر عوامل بیماریزای گیاهی تولید آنتی بیوتیک می باشد (گلیک و همکاران ، ۱۹۹۵). اکثرسویه های سودوموناس با تولید آنتی بیوتیک هایی از قبیل فنازین (phenazines)، پیولوتئورین (Pyoluteorin)، پیرول نیترین (Pyrrolnitrin) و۲و۴ دی استیل فلورگلوسینول (DAPG) توانایی کنترل بیماری های قارچی را دارند (کلوپر و بیشاپ،۱۹۹۲؛ فاگس و ارساک،۱۹۹۱).
طی تحقیقی شیندر و همکاران (۱۹۹۴) مشاهده کردند که سویه موتانت P.flurescens با پتانسیل بالای تولید آنتی بیوتیک های DAPG و پیولوتئورین درمقایسه با سویه وحشی کارایی بیشتری در کنترل قارچ Pythium ultimum در مزارع خیار داشت ( نل و همکاران، ۱۹۹۶ ). فعالیت بیوکنترل در Pseudomonas از طریق تولید برخی از آنتی بیوتیک ها، آنزیم ها و رقابت بر سر منابع غذایی صورت می گیرد (الاسرا، ۲۰۰۱). تولید برخی آنزیم های تجزیه کننده دیواره سلولی توسط ریز موجودات به عنوان یک مکانیزم احتمالی در کنترل بیولوژیک آنها مطرح شده است (وایپس، ۲۰۰۱).
امیدواری و همکاران (۱۳۸۸) با مطالعه بر روی باکتری های خانواده سودوموناس اعلام کرد که اکثریت قریب به اتفاق جدایه ها تولید پروتئاز کرده و توان تولید آمیلاز جدایه ها نشان داد که تمامی جدایه ها توانایی تولید آمیلاز را دارا بودند. همچنین مطالعات مختلف نشان داده اند که پتانسیل آنتاگونیستی سودوموناس های فلورسنت بر علیه بیمارگرهای خاکزاد به آنزیم لیتیک تولید شده توسط این باکتری ها مربوط است.
۲-۶-۱-۳- تولید آنزیم
طی تحقیقی نشان داده شده است که برخی از باکتری های محرک رشد از جمله P.stutzeri با تولید دو آنزیم کیتیناز و لامینار از خارج سلولی هیف های قارچ Fusarium solani را متلاشی و بدین ترتیب پوسیدگی ریشه گیاه را کنترل کرده اند (لیم و همکاران، ۱۹۹۱). همچنین P.cepacia با تولید بتا۱و۳ گلوکاناز توانایی کنترل تکثیر قارچ های Rhizoctinia, Sclerotium rolfii و Phytium ultimum را از خود نشان داده است ( دفریتاس و جرمیدا،۱۹۹۲؛ کاتلان و همکاران،۱۹۹۹).
۲-۶-۱-۴- تولید سیانید هیدروژن (HCN)
باکتری های محرک رشد علاوه بر تولید آنتی بیوتیک و سیدروفور از طریق تولید سیانید هیدروژن نیز به کنترل عوامل بیماری زای گیاهی خاکزاد کمک می نمایند. طی گزارشی باکر و شیپرز (۱۹۸۷) و شیپر و همکاران (۱۹۸۷) مشاهده کردند که ۴۰ درصد از سودوموناس های جداسازی شده از ریزوسفر گیاه سیب زمینی در شرایط درون شیشه ای قادر به تولید سیانید هیدروژن می باشند. سالها بعد ولاسک (۱۹۹۲) نیز نشان داد که تولید سیانید فقط محدود به سویه های فلورسنت است (ولاسک و همکاران، ۱۹۹۲)سیانید هیدروژن محصولی از متابولیسم ثانویه است که توسط برخی از میکروارگانیسم ها ترشح می شود. این ترکیب از طریق محدودکردن سنتزATP و تغییر سیتوکروم اکسیداز رشد و فعالیت عوامل مضر و بیماریزای گیاهی را کاهش می دهد (باکر و شیپر،۱۹۸۷). در مدلی شیپرز (۱۹۸۸) پیشنهاد نمود که میکروارگانیسم های مضر با بهره گرفتن از گلیسین وپرولین موجود در تراوه های ریشه گیاه سیب زمینی سیانید هیدروژن را تولید می کنند. سیانید هیدروژن با توقف تولید ATP از طریق زنجیره تنفسی سیتوکروم اکسیداز موجب رهاسازی الکترون ها بوسیله اکسیداسیون NADH در میتوکندری شده و مسیرتنفسی را تغییرمی دهد به این ترتیب انرژی بجای فسفریله کردن ADP، بصورت گرما هدر می رود (مارتنز و فرانکنبرگر،۱۹۹۴). وی در این مدل اتلاف انرژی در اثر تولید سیانید هیدروژن را علت اصلی اختلال در فعالیت های ریشه جذب عناصر غذایی و کاهش عملکرد گیاهان توسط میکروارگانیسم های مضرعنوان کرد (باکر و شیپرز،۱۹۸۷).فرایند تولید سیانید هیدروژن نیازمند fe+2 است لذا مشاهده شده است که PGPR بخصوص سودوموناس های فلورسنت با تولید سیدروفور و جذب اهن fe+2 مانع از سنتز سیانید هیدروژن توسط میکروارگانیسم های مضر شده و خسارات ناشی از فعالیت آنها را کاهش می دهند. البته تولید سیانید هیدروژن توسط میکروارگانیسم های مفید خاک نیز گزارش شده است (باکر و شیپرز،۱۹۸۷).
۲-۶-۱-۵- القا مقاومت سیستماتیک (ISR) درگیاهان
در سالهای اخیر استفاده از PGPR به عنوان القاکننده های مقاومت سیستمیک درگیاهان علیه عوامل بیماریزای بسیاری مشاهده شده است (گلیک، ۱۹۹۵). آنتی ژن لیپوپلی ساکارید(LPS) موجود در غشاء خارجی سلول باکتری تولید سیدروفور و اسیدسالسیلیک (SA) ازعوامل مهم القاء مقاومت سیستمیک به شمارمی روند. به طورمثال مشاهده شده است که لیپیوپلی ساکارید موجود در غشاء باکتری P.fluorescens موجب القاء مقاومت گیاه میزبان در مقابل قارچ Fusarium می شود(رامامورسی و همکاران، ۲۰۰۱).طی گزارشی دمیر و هافت (۱۹۹۷) مشاهده کردند که تولید اسید سالسیلیک توسط P.aeuroginosa 7NSK2 موجب القاء مقاومت سیستمیک گیاه گوجه فرنگی در مقابل قارچ P.aeuroginosa (گو و مازولا،۲۰۰۳ ). در تحقیقی دیگر چن وهمکاران ( ۱۹۹۹ ) افزایش میزان اسیدسالسیلیک در ریشه گیاه خیار را به دلیل تلقیح باکتری های محرک رشد گیاه گزارش کردند.(گری و اسمیت، ۲۰۰۴)
۲-۶-۲- مکانیسم های مستقیم
مکانیسم های مستقیم عمدتا بر رشد گیاه تاثیرمی گذارند. تاثیر مستقیم و مفید PGPR بر رشد گیاهان اولین بار توسط لایفشیز و همکاران ( ۱۹۸۷ ) گزارش شد.PGPR قادرند نیتروژن اتمسفر را تثبیت و در اختیار گیاه قرار می دهند (گلیک و همکاران ، ۱۹۹۵)، آنها همچنین با سنتز و ترشح سیدروفور قابلیت جذب آهن را درخاکهای آهکی افزایش می دهند (گلیک و همکاران ،۱۹۹۵). همچنین با تولید و ترشح مواد تنظیم کنندهای رشد(PGPR) ازجمله اکسین ها، جیبرلین و سیتوکینین ها قادر به افزایش رشد گیاهان می باشند. PGPR از طریق افزایش حلالیت مواد معدنی جذب عناصر معدنی از قبیل نیتروژن پتاسیم و فسفر افزایش می دهند در مطالعات دیگری تاثیر باکتری خانواده سودوموناس بر افزایش عملکرد و اجزای عملکردی بر روی برنج در شرایط گلخانه ای با افزایش حلالیت مواد معدنی به خصوص فسفر مشاهده گردید (جعفرزاده، ۱۳۸۸). همچنین آنها با تولید آنزیم ها، ویتامین ها، اسیدهای آمینه، اگزوپلی ساکاریدها وکاهش سمیت فلزات سنگین و دیگر آلاینده ها نیز به رشد بهتر گیاه کمک می کند ( گلیک، ۱۹۹۵؛ وایپس،۲۰۰۱).
۲-۶-۲-۱- نقش سیدروفورها درافزایش رشد گیاهان و تولید آنزیم
بسیاری از میکروارگانیسم های خاکزی برای حل کردن آهن از مکانیسم تولید و ترشح سیدروفور استفاده می کنند. سیدروفورها ترکیبات آلی با وزن ملکولی پایین (کمتر از ۱۵۰۰دالتون) و خاصیت جذب آهن هستند که به وسیله بسیاری از میکروارگانیسم های خاکزی در شرایط کمبود آهن هر یک (Fe3+<10mm) ترشح می شود (نیلندس،۱۹۸۸). باکتری هایی که سیدروفور تولید می کنند کمپلکس سیدروفور با آهن را توسط گیرنده های خاصی که در غشا وجود دارند جذب می کنند. همچنین در تحقیقی توسط امیدواری و همکاران (۱۳۸۸) توانایی بسیار بالای تولید سیدروفور توسط سویه های مختلفی از سودوموناس ها گزارش شده است.گیاهان معمولا دارای مکانیسم هایی برای انتقال آهن از این سیدروفورهای میکروبی به درون خود می باشند (گلیک و همکاران ،۱۹۹۵). باکتری های محرک رشد ریزوسفری قادرند با تولید سیدروفور منابع آهن قابل جذب برای گیاهان را در خاکهای آهکی افزایش دهند (کرولی و همکاران، ۲۰۰۶).
دریک آزمایش گلدانی مشاهده شد که P.aeuroginosa 7NSK2 به دلیل توانایی درتولید سیدروفور پیوردین قادراست رشد گیاهان اسفناج ذرت سالادی (Corn salad) و ذرت (Zea mays L.) را در حدود۱۳ تا ۳۲ درصد افزایش دهد. این درحالی بود که سویه موتانت (MPM1) بدون توانایی تولید پیووردین بر رشد گیاه تاثیری نداشت (هافت و همکاران،۱۹۹۱). در مطالعات دیگر نیز تاثیر مفید این سویه بر رشد سبزیجات و غلات مشاهده شد (اسوندی و همکاران،۱۹۸۷؛ هافت و همکاران، ۱۹۹۱؛ سانگ و همکاران، ۱۹۹۱).
۲-۶-۲-۲- تثبیت نیتروژن
این فرایند به معنای تبدیل نیتروژن اتمسفری به نیتروژن آلی است . باکتری های محرک رشد از قبیل Acetobacter diazotrophicus, Azospirillum و Azospirillum از طریق تثبیت نیتروژن ، موجب افزایش رشد گیاهانی مثل چغندرقند، برنج و درختان نخل می شوند. طی مطالعاتی لادا و همکاران (۱۹۹۸) و بیسواس و همکاران (۲۰۰۰) توانایی تثبیت نیتروژن توسط PGPR را در تحریک رشد و افزایش عملکرد برنج موثر دانستند. با وجود اینکه تعدادی ازسودوموناس های فلورسنت نیز قادر به تثبیت نیتروژن می باشند اما فرایند تثبیت نیتروژن مهمترین مکانیسم در تحریک رشد گیاهان توسط انواع PGPR محسوب نمی شود. به طور مثال مهمترین مکانیسم درتحریک رشد گیاه کلزا توسط سویهP.putida GR12-2 علی رغم توانایی این سویه در تثبیت نیتروژن ،تولید هورمون گیاهی اکسین گزارش شده است (زهیر و همکاران،۲۰۰۴).
۲-۶-۲-۲- تولید اسیدهای آلی
تاثیر مفید اسید سوکسینیک بر تراکم تارهای کشنده و رشد گیاهان برنج، گندم و جو توسط هایاشی(۱۹۸۵) گزارش شد (یاشیکاوا ، ۱۹۹۳). همچنین کینرسلی و همکاران (۱۹۹۰) نیز تاثیر مفید اسید لاکتیک بر رشد گیاه ذرت را مشاهده کردند( یاشیکاوا،۱۹۹۳). طی آزمایش گلدانی یاشیکاوا (۱۹۹۳) گزارش نمود که برخی از PGPR از جمله P.putida RSA9 با ترشح اسیدهای لاکتیک و سوکسینیک موجب کاهش جمعیت Fusarium moniliforme و افزایش۴۰ درصدی وزن ریشه مارچوبه شدند.
۲-۶-۲-۴- افزایش جذب مواد غذایی به ویژه فسفر و آهن
تغذیه متعادل گیاهان زراعی برای رسیدن به عملکرد بهینه ضروری شناخته شده است. گاهی علی رغم وجود مقادیر کافی مواد غذایی درخاک به دلیل غیرقابل جذب بودن در گیاه ،علائم کمبود مواد غذایی دیده می شود. به همین دلیل افزایش حلالیت موادغذایی از قبیل فسفر و آهن ناشی از رهاسازی سیدروفورها و اسیدهای آلی توسط PGPR یک مکانیسم مهم در افزایش جذب مواد غذایی و رشد گیاه شناخته شده است (کلوپر و همکاران،۱۹۸۷؛ چابت و همکاران، ۱۹۹۶؛ بیسواس و همکاران،۲۰۰۰). تلقیح انواع PGPR و متعاقب آن افزایش جذب عناصرغذایی مثل نیتروژن فسفر و پتاسیم، موجب افزایش عملکرد محصولات مختلفی شده است (دفریتاس و جرمیدا،۱۹۹۲؛ دفریتاس و همکاران، ۱۹۹۷؛ کاتلان و همکاران، ۱۹۹۹).افزایش جذب فسفر در گیاهچه های جوان جو تلقیح شده با میکروارگانیسم های مفید ریزوسفری توسط باربر و همکاران (۱۹۹۷) گزارش شد(زهیر و همکاران،۲۰۰۴). درمیان PGPR سویه هایی از جنس های Bacillus, Pseudomonas و Rhizobium به عنوان بهترین حل کننده های فسفات شناخته شده اند (رودریگز و همکاران، ۱۹۹۹).
طی گزارشی پیتر و همکاران (۱۹۹۰) نشان دادند که درخاکهای آهکی ۶/۲۵ درصد از سویه های جداسازی شده ازسطح ریشه گیاهان مختلف توانایی حل نمودن فسفات کلیسم دارند. آنها تولید اسیدهای آلی را مکانیسم اصلی حلالیت منابع فسفر نامحلول گزارش کردند. اسیدهای آلی بخشی از تراوه های ریشه ای گیاهان می باشند، که نقش مهمی در جذب عناصرغذایی توسط گیاه و وظیفه غیرسمی نمودن اثر فلزات تکثیرشده توسط میکروارگانیسم ها را در ریزوسفر و حل نمودن کانی های معدنی خاک دارند(مارشنر و همکاران،۱۹۹۷). برخلاف گیاهان گرامینه که فاقد توانایی افزایش سنتر و ترشح اسیدهای آلی از قبیل سیترات، مالات ،اگزالات و استات قادر به جذب فسفر و آهن می باشند. به همین دلیل کاربرد PGPR درشرایط تنش تغذیه ای گیاهان غلات به دلیل تاثیرآنها در افزایش جذب عناصر غذایی دارای اهمیت فراوان می باشد (زهیر و همکاران،۲۰۰۴). برخی دیگر از محققین ایجاد شرایط اسیدی توسط PGPR را عامل موثر در افزایش حلالیت مواد غذایی دانستند (وبلی و داف،۱۹۶۲؛ مقیمی و همکاران ،۱۹۷۸؛ الکساندر، ۱۹۷۷). طی گزارش کرمی و همکاران (۱۳۸۸) تلقیح سویا با تمامی سویه های باکتری سودوموناس فلورسنت موجب افزایش معنی دار آهن و روی جذب شده نسبت به تیمار شاهد بدون باکتری گردیده و همچنین منگنز جذب شده نیز افزایش یافت و افزایش غلظت آهن در اندام هوایی گیاهان تلقیح شده با باکتری سودوموناس نسبت به شاهد بسیار چشمگیر بوده است.
البته طی آزمایشی درشرایط غیراستریل، دفریتاس و جرمیدا (۱۹۹۲) نشان دادند که تلقیح بذور گندم با سویه ها ی P.putida R104, P.cepacia R85 و P. fluorescens R111 موجب افزایش جذب نیتروژن و آهن از خاک شد. آنها توانایی سویه های سودوموناس در تولید تنظیم کننده های رشد و متعاقبا افزایش رشد و توسعه ریشه را عامل موثر در افزایش جذب مواد غذایی بیان کردند (گلیک و همکاران، ۱۹۹۵).افزایش ۱۳ تا۴۲ درصد جذب نیتروژن فسفر و پتاسیم ناشی از تلقیح گیاه پنبه با سویه های و P. pseudomonas alcaligenes PsA15, P. denitirificans PsD6, Bacillus phlymyxa BcP26 و Mycobacterium phlei MbP18 نیزگزارش شده است(حافظ و همکاران، ۱۹۹۶).
به طورکلی دو مکانیسم برای افزایش جذب فسفر قابل استفاده توسط PGPR پیشنهاد شده است: (گلیک، ۱۹۹۵).
الف: تولید تنظیم کننده های رشد وافزایش طول ریشه گیاهان و توان جذب آب وموادغذایی
ب: افزایش توان جذب فسفر از طریق تولید اسیدهای آلی و ایجاد شرایط اسیدی و به دنبال آن افزایش طول ریشه گیاه و توان جذب آب و مواد غذایی درگیاه .
همچین PGPR با تولید آنزیم فسفاتاز قادر به معدنی کردن فسفات آلی خاک می باشند، و منابع فسفر قابل جذب برای گیاه از خاک را افزایش می دهند(زهیر و همکاران، ۲۰۰۴).مطالعات بیشتر در زمینه PGPR نشان داد که آنها با تولید سیدروفور قابلیت استفاده عناصر میکرو از قبیل آهن و روی را نیز افزایش می دهند (گلیک، ۱۹۹۵).
۲-۶-۲-۵- تنظیم کننده های رشد گیاه (PGRs)
