تأثیر اسید سالیسیلیک و باکتری سودوموناس پوتیدا بر ویژگی‌های آنزیمی گیاه کینوا در خاک شور آلوده به آرسنیک

محورهای موضوعی : مدیریت بهینه منابع آب و خاک

محمود نبی زاده ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشدگروه علوم خاک دانشکده کشاورزی،دانشگاه فردوسی مشهد، ایران.)
علی رضا آستارائی ² (دانشیار گروه علوم خاک- دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران.)
امیر لکزیان ³ (استاد گروه علوم خاک- دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران.)

تاریخ دریافت : 1401/04/20 تاریخ پذیرش : 1401/07/25 تاریخ انتشار : 1401/10/01

کلید واژه: آرسنیک, سالیسیلیک اسید, باکتری سودوموناس پوتیدا, کینوا,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: با توجه به این که برخی از مناطق کشور مانند خراسان رضوی، اصفهان، کرمان و سایر استان ها آلوده به آرسنیک هستند، و از طرفی اکثر خاک های ایران با درجات مختلف شوری همراه بوده و کمتر عملیات مدیریتی زراعی مانند انتخاب گیاه مناسب و یا کاربرد اسیدهای آلی مانند اسید سالیسیلیک استفاده شده است، بنابراین این تحقیق با اهداف ذیل انجام شد: 1) بررسی تاثیر تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا در شرایط تنش شوری خاک، 2) بررسی تاثیر آلودگی آرسنیک در شرایط تنش شوری خاک، 3) بررسی تاثیر محلول پاشی اسید سالسیلیک بر گیاه کینوا کشت شده در خاک شور و 4) اثرات دوگانه و سه گانه تیمارهای آزمایشی بر برخی از خصوصیات کمی و کیفی گیاه کینوا.روش پژوهش: این طرح بصورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی شامل فاکتور اول 1) خاک شاهد (بدون تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا ، 2) تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا ، فاکتور دوم دو سطح آرسنیک (صفر و40 میلی‌گرم برکیلوگرم) و فاکتور سوم محلول پاشی دو سطح اسید سالیسیلیک (صفر و 5/0 میلی مولار ) به صورت گلدانی، در مجموع 24 گلدان با حجم 5000 سانتی متر مکعب روی گیاه کینوا رقم Titicaca با سه تکرار انجام گردید. برای تهیه خاک شور فاقد آرسنیک از عمق صفر تا 30 سانتی متری از روستای قریه اره واقع در 45 کیلومتری جاده مشهد-سرخس نمونه برداری گردید. پس از خشک کردن با هوا و کوبیدن، نمونه ها با کمک الک دو میلی‌متری الک شده و سپس بخشی از آن ها به منظورتجزیه های اولیه به آزمایشگاه علوم خاک منتقل گردید. پس از آماده سازی خاک، 4 کیلوگرم خاک به هر گلدان منتقل گردید. سپس نمک آرسنیک (Na2AsHO4.7H2O) به مقدار 40 میلی گرم بر کیلوگرم خاک به گلدان ها اضافه و هم زده شد، پس از کشت گیاه کینوا رقم Titicaca، هنگامی که گیاهان به مرحله دوبرگی رسیدند، محیط کشت مایع حاوی باکتری سودوموناس در سه مرحله (با فواصل 5 روزه) اضافه شدند ومحلول پاشی گیاهان در مرحله 4 برگی با اسید سالیسیلیک طی 5 مرحله (با فواصل 6 روزه) انجام شد. سپس پارامترهای رنگیزه های فتوسنتزی (Lichtenthaler, 1987)، فعالیت آنتی اکسیدانی (Brand-Williams et al, 1995)، پرولین (Bates et al, 1973) و کاتالاز (Dhindsa et al, 1981) برگ های تازه گیاه در آزمایشگاه خاکشناسی دانشگاه فردوسی انجام گردید.یافته ها: نتایج تجزیه واریانس اثر متقابل سه گانه آرسنیک×اسیدسالیسیلیک ×باکتری نشان داد که اثر متقابل سه گانه برکاروتنوئید در سطح 1 درصد (p< 0.01)، و بر مقادیر کلروفیلa، پرولین و فعالیت آنتی اکسیدانی درسطح 5 درصد (p< 0.05) معنی دارشدند.نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل سه گانه سطوح آرسنیک، محلول‌پاشی اسیدسالیسیلیک و باکتری نشان داد که در سطح صفر آرسنیک+ محلول پاشی5/0 میلی مولار اسید سالیسیلیک + تلقیح باکتری نقش مثبت و معنی‌داری بر مقدار کلروفیل a (76/10 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 11/25+% و کاروتنوئید (53/3 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 17/25+% نسبت به شاهد هر یک (خاک شور) افزایش نشان داد. همچنین حضور آرسنیک (40 میلی گرم بر کیلوگرم) + محلول‌پاشی 5/0 میلی مولار اسید سالیسیلیک + تلقیح باکتری موجب افزایش معنی‌دار پرولین (23/8 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 29/22+% نسبت به نمونه شاهد شد که اثرات مثبت محلول پاشی اسید سالیسیلیک و باکتری را در شرایط تنش‌ شوری همراه با آلودگی آرسنیک در خاک نشان داد. آرسنیک (40 میلی گرم بر کیلوگرم) + محلول‌پاشی5/0 میلی مولار اسید سالیسیلیک + تلقیح باکتری افزایش معنی‌داری بر فعالیت آنتی اکسیدانی گیاه کینوا (03/45 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 88/47+% نسبت به نمونه شاهد داشت.نتیجه گیری: استفاده از باکتری سودوموناس پوتیدا و اسید سالیسیلیک می توانند با تنظیم سطوح متابولیت های مختلف آنزیم های آنتی اکسیدانی، متابولیت های ثانویه و ترکیبات کلات کننده فلز، تحمل گیاهان را در برابر تنش های شوری و فلزات سنگین افزایش دهند. در این تحقیق اسید سالیسیلیک در شرایط شوری طبیعی خاک (dS/m 16/8) باعث افزایش کلروفیل a، کاروتنوئید، پرولین و فعالیت آنتی اکسیدانی به ترتیب به میزان 14+%، 6/9+%، 4/6+% و 7/8+% شد. از طرفی دیگر، درشرایط شوری طبیعی خاک (dS/m 16/8) با آلودگی 40 میلی گرم برکیلوگرم آرسنیک در خاک باعث افزایش شدید پرولین گیاه به میزان 65/20% شده که منجر به افزایش فعالیت آنتی اکسیدانی به میزان 02/38+% شده است. تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا به خاک شور آلوده به آرسنیک باعث افزایش پرولین گیاه به میزان 29/22+% و افزایش فعالیت آنتی اکسیدانی به میزان 88/47+% شده است که بهبود زیادی درمحتوای کلروفیل، کاروتنوئید و فتوسنتز گیاه کینوا گردیده است.

چکیده انگلیسی:

Introduction: Due to the fact that some of the country's regions, such as Khorasan Razavi, Isfahan, Kerman, etc., are contaminated with arsenic (As), and on the other hand, most of Iran's soils are associated with different degrees of salinity and few agricultural management operations like plant selection or applying organic acids such as salicylic acid (SA) have been used, therefore, this research is conducted with the following objectives: 1) Investigate the effect of Pseudomonas putida (P. Putida) bacteria inoculation in soil salinity stress conditions, 2) Investigate the effect of arsenic pollution in soil salinity stress conditions, 3) Investigate the effect of salicylic acid foliar application on cultivated quinoa plant in saline soil and 4) Dual and triunal effects of experimental treatments on some quantitative and qualitative characteristics of the quinoa plant (Titicaca cultivar).Methods: A completely randomized design (factorial), including the first factor 1) control soil (no inoculation of Pseudomonas putida bacteria, 2) inoculation of Pseudomonas putida bacteria, the second factor: two levels of arsenic (0 and 40 mg/kg) and the third factor: foliar spraying of two levels of salicylic acid (0 and 0.5 mM) in total of 24 pots with a volume of 5000 cubic centimeters were prepared to apply the desired treatments in three replications. To provide saline soil without arsenic, samples are taken from the depth of 0 to 30 cm from Areh village located 45 km of Mashhad-Sarkhos Road. After air-drying and pounding, the samples are sieved with a two-millimeter sieve, and then part of it is moved to the soil science laboratory for preliminary analysis. After preparing the soil, 4 kg of soil is transferred to each pot. Then arsenic salt (Na2AsHO4.7H2O) is added to the pots with the amount of 40 mg/kg of soil. After quinoa plant cultivation, Titicaca variety, when the plants reached the two-leaf stage, the liquid culture medium containing Pseudomonas bacteria is added in three stages (with 5 days intervals). In the following, the plants are sprayed with salicylic acid solution at the 4-leaf stage in 5 stages (with 6 days intervals). Subsequently, the parameters of photosynthetic pigments’ (Lichtenthaler, 1987) antioxidant activity, (Brand-Williams et al, 1995), proline (Bates et al, 1973) and catalase (Dhindsa et al, 1981) of plants’ new leaves are carried out in the soil science laboratory of Ferdowsi University.Results: The results of the analysis of variance of the triple interaction effects of arsenic × salicylic acid × bacteria illustrate that the triple interaction effect on carotenoid is significant at the level of 1% (p<0.01), and the values of chlorophyll a, proline and antioxidant activity are significant at the level of 5% (p<0.05).The results of comparing the average of the triple interaction effects of arsenic levels, salicylic acid and bacteria show that at the zero level of arsenic + spraying solution 0.5 mM salicylic acid + the presence of bacteria can have a positive and significant role on the amount of chlorophyll a (10.76 micrograms per gram of fresh weight) equivalent to +25.11% and carotenoid (3.53 μg/g fresh weight) equal to +25.17 % compared to the control samples (soil with salinity stress). Also, the presence of arsenic (40 mg/kg) + 0.5 mM salicylic acid solution spraying + the presence of bacteria caused a significant increase in proline (8.23 μg/g fresh weight) equivalent to +22.29% compared to the control samples, which demonstrates the positive effects of spraying salicylic acid and bacteria in the conditions of salinity stress with arsenic contamination in the soil. Arsenic (40 mg/kg) + 0.5 mM salicylic acid solution + the presence of bacteria shows a significant rise in the antioxidant activity of quinoa plant (45.03 μg/g fresh weight) equivalent to +47.88% compared to the control sample.Conclusion: The application of Pseudomonas putida bacteria and salicylic acid can enhance the tolerance of plants against salinity stress and heavy metals by regulating the levels of different metabolites of antioxidant enzymes, secondary metabolites, and metal-chelating compounds. In this research, salicylic acid under natural soil salinity conditions (8.16 dS/m) increases  chlorophyll a, carotenoid , proline , and antioxidant activity to +14%, +9.6%, +6.4% and +8.7%, respectively.  On the other hand, under natural soil salinity conditions (8.16 dS/m) with 40 mg/kg of arsenic contamination in the soil, it has significantly increased plant proline equivalent to 20.65%, which led to a significant rise in antioxidant activity equivalent to +38.02%. The inoculation of Pseudomonas putida bacteria in saline soil contaminated with arsenic significantly boost proline of the plant equal to +22.29% and antioxidant activity equal to +47.88%, which greatly improved the content of chlorophyll, carotenoid and photosynthesis of quinoa plant.