اثر همزیستی اندوفیت‌هایAspergillus niger وOD14 Bacillus aquimaris با دانهال‌های مکزیکن لایم تحت شرایط تنش شوری

علوم باغبانی

مقاله 2، دوره 38، شماره 3 - شماره پیاپی 63، مهر 1403، صفحه 493-508   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jhs.2024.73232.1101

نویسندگان

لیلا بقازاده دریایی¹؛ داود صمصام پور^{* 1}؛ عبدالنبی باقری²؛ جلوه سهرابی پور²

¹گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

²گروه تحقیقات گیاه‌پزشکی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی هرمزگان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، بندرعباس، ایران

چکیده

رشد و عملکرد گیاهان به‌سبب تنش‌های زنده و یا غیر زنده متعدد محدود می‌شود. در سال‌های اخیر، افزایش خشکی و خشکسالی در ایران روی کیفیت آب آبیاری تأثیرگذار بوده و آن‌را به سمت شور شدن سوق داده است. میکروارگانیسم‌های اندوفیت نقش مهمی در محافظت از گیاهان میزبان خود در برابر تنش­های زیستی و غیرزیستی ایفا می‌کنند. در این مطالعه، از ترکیب اندوفیتی قارچی Aspergillus niger و باکتریایی OD14 Bacillus aquimaris همزیست با جلبک دریایی، به‌ترتیب در غلظت‌های 10⁶×1 سلول در یک میلی‌لیتر و 10⁸×1 سلول در یک میلی‌لیتر، به‌منظور ارتقاء تحمل دانهال‌های لیموترش رقم مکزیکن لایم نسبت به تنش شوری استفاده شد. اندوفیت قارچی و باکتریایی بر اساس مورفولوژیک و مولکولی (به‌ترتیب بر پایه تکثیر نواحی ITS1 و ITS4 و ژن 16s rRNA) با استفاده از تکنیک PCR مورد شناسایی قرار گرفتند. تلقیح در مرحله هشت ماهگی دانهال‌ها انجام و پس از گذشت سه ماه، تنش شوری صفر، 2000، 4000 و 6000 میکروزیمنس بر سانتی‌متر به‌صورت مرحله به مرحله اعمال شد. پس از هشت هفته، صفات مورفولوژیک، بیوشیمیایی، آنتی‌اکسیدانی و میزان رنگدانه‌های فتوسنتزی دانهال‌ها مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. نتایج نشان دادند، اکثر صفات مورد بررسی، اختلاف معنی‌داری نسبت به نمونه‌های شاهد داشتند. در شوری 6000 میکروزیمنس بر سانتی‌متر، اندوفیت باعث افزایش وزن تر و خشک ساقه (به‌ترتیب 206/81 و 202/38 درصد)، وزن تر و خشک برگ (به‌ترتیب 203/49 و 870/58 درصد) و وزن تر و خشک ریشه (به‌ترتیب 347/41 و 421/95 درصد) نسبت به شاهد شد. ترکیب اندوفیتی توانسته بود سطح رنگدانه‌های فتوسنتزی از جمله کلروفیل a (65/21 درصد)، کلروفیل b (11/9 درصد) و کاروتنوییدها (59/09 درصد) را به‌طور معنی‌داری نسبت به شاهد افزایش دهد. در بررسی ظرفیت آنتی‌اکسیدانی دانهال‌ها در بالاترین سطح شوری، ترکیب اندوفیتی توانسته بود باعث روند افزایشی آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت کاتالاز (141/84 درصد)، پراکسیداز (66/8 درصد)، سوپراکسید دیسموتاز (60/01 درصد)، گلوتاتیون ردوکتاز (232/41 درصد) و اسکوربیک پراکسیداز (24/88 درصد) نسبت به شاهد شود. همچنین، ترکیب اندوفیتی توانست باعث کاهش معنی‌دار مالون دی آلدئید (35/18 درصد) و افزایش قندهای محلول (17/85 درصد) و پروتئین کل (22/62 درصد) در دانهال‌های تلقیح شده نسبت به شاهد شود. به‌طور کلی، اندوفیت‌های قارچی و باکتریایی همزیست با ماکروجلبک‌ها می‌توانند به‌عنوان گزینه مناسب برای افزایش تحمل گیاهان نسبت به تنش‌های زیستی و غیر زیستی از جمله شوری مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

تنش‌های غیرزیستی؛ جلبک‌های دریایی؛ ظرفیت آنتی اکسیدانی؛ گلوتاتیون ردوکتاز؛ میکروارگانیسم‌های اندوفیت

مراجع

1- Ali, A., Shahzad, R., Khan, A.L., Halo, B.A., Al-Yahyai, R., Al-Harrasi, A., Al-Rawahi, A., & Lee, I.J. (2017). Endophytic bacterial diversity of Avicennia marina helps to confer resistance against salinity stress in Solanum lycopersicum. Journal of Plant Interactions, 12(1), 312–322. https://doi.org/10.1080/17429145.2017.1362051

2- Ali, B., Hayat, S., & Ahmad, A. (2007). 28-Homobrassinolide ameliorates the saline stress in chickpea (Cicer arietinum L.). Environmental and Experimental Botany, 59(2), 217–223. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot. 2005.12.002

3- Al-Yassin, A. (2005). Adverse effects of salinity on citrus. International Journal of Agriculture & Biology, 7(4), 668-680.

4- Arnon, D.I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24(1), 1-15.

5- Asada, K. (1994). Production and action of active oxygen species in photosynthetic tissues. Causes of Photooxidative Stress and Amelioration of Defense Systems in Plants, 77–104.

6- Atteya, A.M. (2003). Alteration of water relations and yield of corn genotypes in response to drought stress. Bulgarian. Journal of Plant Physiology, 29(1-2), 63–76.

7- Auge, R.M., Stodola, A.J., Tims, J.E., & Saxton, A.M. (2001). Moisture retention properties of a mycorrhizal soil. Plant and Soil, 230(1), 87–97. https://doi.org/10.1023/A:1004891210871

8- Becana, M., Aparicio-Tejo, P., Irigoyen, J.J., & Sanchez-Diaz, M. (1986). Some enzymes of hydrogen peroxide metabolism in leaves and root nodules of Medicago sativa. Plant Physiology, 82(4), 1169–1171.

9- Berg, G. (2009). Plant–microbe interactions promoting plant growth and health: perspectives for controlled use of microorganisms in agriculture. Applied Microbiology and Biotechnology, 84(1), 11–18.

10- Bradford, M.M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72(1-2), 248–254.

11- Chance, B., & Maehly, AC. (1955). Assay of catalases and peroxidases. In: Colowick, S.P., Kaplan, N.O. (Eds.) Methods in Enzymology. Academic Press, New York, 764–775.

12- Del Rio, L. (2015). ROS and RNS in plant physiology: an overview. Journal of Experimental Botani, 66, 2827–2837.

13- Dhindsa, R.S., Plumb-Dhindsa, P.A.M.E.L.A., & Thorpe, T.A. (1981). Leaf senescence: correlated with increased levels of membrane permeability and lipid peroxidation, and decreased levels of superoxide dismutase and catalase. Journal of Experimental Botany, 32(1), 93–101. https://doi.org/10.1093/jxb/32.1.93

14- Dodd, I.C., & Pérez-Alfocea, F. (2012). Microbial amelioration of crop salinity stress. Journal of Experimental Botany, 63(9), 3415–3428. https://doi.org/10.1093/jxb/ers033

15- Ennab, H.A. (2016). Effect of humic acid on growth and productivity of Egyptian lime trees (Citrus aurantifolia swingle) under salt stress conditions. Journal of Agriculture Research Kafr El-Sheikh Universisty, 42(4), 494–505.

16- Flewelling, A.J., Currie, J., Gray, C.A., & Johnson, J.A. (2015). Endophytes from marine macroalgae: promising sources of novel natural products. Current Science, 88–111.

17- Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO.org. (n.d.). Retrieved June 12. 2015.

18- García‐Sánchez, F., Syvertsen, J.P., Gimeno, V., Botía, P., & Perez‐Perez, J.G. (2007). Responses to flooding and drought stress by two citrus rootstock seedlings with different water‐use efficiency. Physiologia Plantarum, 130(4), 532–542. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2007.00925.x

19- Gill, S.S., Anjum, N.A., Hasanuzzaman, M., Gill, R., Trivedi, D.K., Ahmad, I., Pereira, E., & Tuteja, N. (2013). Glutathione and glutathione reductase: a boon in disguise for plant abiotic stress defense operations. Plant Physiology and Biochemistry, 70, 204–212. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.05.032

20- Gueta-Dahan, Y., Yaniv, Z., Zilinskas, B.A., & Ben-Hayyim, G. (1997). Salt and oxidative stress: similar and specific responses and their relation to salt tolerance in citrus. Planta, 203(4), 460–469. https://doi.org/10.1007/s004250050215

21- Halo, B.A., Khan, A.L., Waqas, M., Al-Harrasi, A., Hussain, J., Ali, L., Adnan, M., & Lee, I.J. (2015). Endophytic bacteria (Sphingomonas sp. LK11) and gibberellin can improve Solanum lycopersicum growth and oxidative stress under salinity. Journal of Plant Interactions, 10(1), 117–125. https://doi.org/10.1080/17429145.2015.1033659

22- Hayat, S., Ali, B., Hasan, S.A., & Ahmad, A. (2007). Brassinosteroid enhanced the level of antioxidants under cadmium stress in Brassica juncea. Environmental and Experimental Botany, 60(1), 33–41. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2006.06.002

23- Heidarvand, L., & Amiri, R.M. (2010). What happens in plant molecular responses to cold stress?. Acta Physiologiae Plantarum, 32(3), 419–431. https://doi.org/10.22059/ijfcs.2019.281022.654611

24- Hodges, D.M., DeLong, J.M., Forney, C.F., & Prange, R.K. (1999). Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds. Planta, 207(4), 604–611. https://doi.org/10.1007/s004250050524

25- Jogawat, A., Saha, S., Bakshi, M., Dayaman, V., Kumar, M., Dua, M., Varma, A., Oelmüller, R., Tuteja, N., & Johri, A.K. (2013). Piriformospora indica rescues growth diminution of rice seedlings during high salt stress. Plant Signaling & Behavior, 8(10), 26891. https://doi.org/10.4161/psb.26891

26- Joshi, R., Mangu, V.R., Bedre, R., Sanchez, L., Pilcher, W., Zandkarimi, H., & Baisakh, N. (2015). Salt adaptation mechanisms of halophytes: improvement of salt tolerance in crop plants, In Elucidation of abiotic stress signaling in plants. Springer, New York, NY, 243–279.

27- Kaya, M.D., Okçu, G., Atak, M., Cıkılı, Y., & Kolsarıcı, Ö. (2006). Seed treatments to overcome salt and drought stress during germination in sunflower (Helianthus annuus L.). European Journal of Agronomy, 24(4), 291–295. https://doi.org/10.1016/j.eja.2005.08.001

28- Khan, A.L., Waqas, M., Asaf, S., Kamran, M., Shahzad, R., Bilal, S., Khan, M.A., Kang, S.M., Kim, Y.H., Yun, B.W., & Al-Rawahi, A. (2017). Plant growth-promoting endophyte Sphingomonas sp. LK11 alleviates salinity stress in Solanum pimpinellifolium. Environmental and Experimental Botany, 133, 58–69. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2016.09.009

29- Khan, A.L., Hamayun, M., Kang, S.M., Kim, Y.H., Jung, H.Y., Lee, J.H., & Lee, I.J. (2012). Endophytic fungal association via gibberellins and indole acetic acid can improve plant growth under abiotic stress: an example of Paecilomyces formosus LHL10. BMC Microbiology, 12(1), 1–14. https://doi.org/10.1186/1471-2180-12-3

30- Kochert, G. (1978). Carbohydrate determination by the phenol-sulfuric acid method. Handbook of phycological methods. Phycological and Biochemical Methods, 95. https://doi.org/10.1016/j.ab.2004.12.001

31- Krishna, G., Singh, B.K., Kim, E.K., Morya, V.K., & Ramteke, P.W. (2015). Progress in genetic engineering of peanut (Arachis hypogaea L.) A review. Plant Biotechnology Journal, 13(2), 147–162. https://doi.org/10.1111/pbi.12339

32- Li, Y. (2008). Kinetics of the antioxidant response to salinity in the halophyte Limonium bicolor. Plant Soil Environent, 54(11), 493–497. https://doi.org/10.17221/434-PSE

33- MacArtain, P., Gill, C.I., Brooks, M., Campbell, R., & Rowland, I.R. (2007). Nutritional value of edible seaweeds. Nutrition Reviews, 65(12), 535–543. https://doi.org/10.1301/nr.2007.dec.535-543

34- Magbanua, Z.V., De Moraes, C.M., Brooks, T.D., Williams, W.P., & Luthe, D.S. (2007). Is catalase activity one of the factors associated with maize resistance to Aspergillus flavus?. Molecular Plant-microbe Interactions, 20(6), 697–706. https://doi.org/10.1094/MPMI-20-6-0697

35- Meggio, F., Prinsi, B., Negri, A.S., Simone, Di Lorenzo, G., Lucchini, G., Pitacco, A., Failla, O., Scienza, A., Cocucci, M., & Espen, L. (2014). Biochemical and physiological responses of two grapevine rootstock genotypes to drought and salt treatments. Australian Journal of Grape and Wine Research, 20(2), 310–323. https://doi.org/10.1111/ajgw.12071

36- Mišurcová, L., Buňka, F., Ambrožová, J.V., Machů, L., Samek, D., & Kráčmar, S. (2014). Amino acid composition of algal products and its contribution to RDI. Food Chemistry, 151, 120–125. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2013.11.040

37- Morgan, J.A. (1984). Interaction of water supply and N in wheat. Plant Physiology,76(1), 112–117.

38-Moustakas, N.K., Akoumianakis, K.A., & Passam, H.C. (2011). Patterns of dry biomass accumulation and nutrient uptake by okra (Abelmoschus esculentus (L.) Moench.) under different rates of nitrogen application. Australian Journal of Crop Science, 5(8), 993–1000.

39- Munns, R., & Tester, M. (2008). Mechanisms of salinity tolerance. Annual. Rev, Plant Biology, 59, 651–681. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911

40- Nakano, Y., & Asada, K. (1981). Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant and Cell Physiology, 22(5), 867–880. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a076232

41- Naveed, M., Mitter, B., Reichenauer, T.G., Wieczorek, K., & Sessitsch, A. (2014). Increased drought stress resilience of maize through endophytic colonization by Burkholderia phytofirmans PsJN and Enterobacter sp. FD17. Environmental and Experimental Botany, 97, 30–39.

42- Pal, S., Singh, H.B., Farooqui, A., & Rakshit, A. (2015). Fungal biofertilizers in Indian agriculture: perception, demand and promotion. Journal of Eco-friendly Agriculture, 10(2), 101–113.

43- Peng, Z., Xin, L., & Bin-Gui, W. (2016). Secondary metabolites from the marine algal-derived endophytic fungi. Chemical Diversity and Biological Activity, 82(09/10), 832–842. https://doi.org/10.1055/s-0042-103496

44- Sadeghi, F., Samsampour, D., Seyahooei, M.A., Bagheri, A., & Soltani, J. (2020). Fungal endophytes alleviate drought-induced oxidative stress in mandarin (Citrus reticulata L.): Toward regulating the ascorbate–glutathione cycle. Scientia Horticulturae, 261, 108991. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108991

45- Saravanakumar, D., & Samiyappan, R. (2007). ACC deaminase from Pseudomonas fluorescens mediated saline resistance in groundnut (Arachis hypogea) plants. Journal of Applied Microbiology, 102(5), 1283–1292. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2006.03179.x

46- Shukla, N., Awasthi, R.P., Rawat, L., & Kumar, J. (2012). Biochemical and physiological responses of rice (Oryza sativa L.) as influenced by Trichoderma harzianum under drought stress. Plant Physiology and Biochemistry, 54, 78–88. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2012.02.001

47- Smith, I.K., Vierheller, T.L., & Thorne, C.A. (1988). Assay of glutathione reductase in crude tissue homogenates using 5, 5′-dithiobis (2-nitrobenzoic acid). Analytical Biochemistry, 175(2), 408–413. https://doi.org/10.1016/0003-2697(88)90564-7

48- Strobel, G., & Daisy, B. (2003). Bioprospecting for microbial endophytes and their natural products. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 67(4), 491–502. https://doi.org/10.1128%2FMMBR.67.4.491-502.2003

49- Strobel, G., Daisy, B., Castillo, U., & Harper, J. (2004). Natural products from endophytic microorganisms. Journal of Natural Products, 67(2), 257–268. https://doi.org/10.1021/np030397v

50- Suryanarayanan, T.S., Venkatachalam, A., Thirunavukkarasu, N., Ravishankar, J.P., Doble, M., & Geetha, V. (2010). Internal mycobiota of marine macroalgae from the Tamilnadu coast: distribution, diversity and biotechnological potential. Botanica Marina, 53(5), 457-468. https://doi.org/10.1515/bot.2010.045

51- Verma, A., Malik, C.P., & Gupta, V.K. (2012). In vitro effects of brassinosteroids on the growth and antioxidant enzyme activities in groundnut. International Scholarly Research Notices, 1, 1-8. https://doi.org/10.5402/2012/356485

52- Volkmann, H., Imianovsky, U., Oliveira, J.L., & Sant'Anna, E.S. (2008). Cultivation of Arthrospira (Spirulina platensis) in desalinator wastewater and salinated synthetic medium: protein content and amino-acid profile. Brazilian Journal of Microbiology, 39(1), 98–101. https://doi.org/10.1590%2FS1517-838220080001000022

53- Xie, S.X., Lu, X.P., Ni, Q., & Zhao, X.L. (2012). The effect of water stress on ABA, Jaand physiological characteristic of Citrus. In XII International Citrus Congress, 125.

54- Yaish, M.W., Antony, I., & Glick, B.R. (2015). Isolation and characterization of endophytic plant growth-promoting bacteria from date palm tree (Phoenix dactylifera L.) and their potential role in salinity tolerance. Antonie Van Leeuwenhoek, 107(6), 1519–1532. https://doi.org/10.1007/s10482-015-0445-zPMID:25860542

55- Yaish, M.W., & Kumar, P.P. (2015). Salt tolerance research in date palm tree (Phoenix dactylifera L.), past, present, and future perspectives. Frontiers in Plant Science, 6, 348. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00348

56- Zhang, Y.P., & Nan, Z.B. (2007). Growth and anti‐oxidative systems changes in Elymus dahuricus is affected by Neotyphodium endophyte under contrasting water availability. Journal of Agronomy and Crop Science, 193(6), 377–386. https://doi.org/10.1111/j.1439-037X.2007.00279.x