محوحی, علی, رئیسی, فایز. (1397). کارایی کرم خاکی و ریزوباکترها بر همزیستی میکوریزایی و رشد سه گونه گیاهی در یک خاک آلوده به فلز سرب. مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک, 25(3), 97-112. doi: 10.22069/jwsc.2018.14253.2898
علی محوحی; فایز رئیسی. "کارایی کرم خاکی و ریزوباکترها بر همزیستی میکوریزایی و رشد سه گونه گیاهی در یک خاک آلوده به فلز سرب". مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک, 25, 3, 1397, 97-112. doi: 10.22069/jwsc.2018.14253.2898
محوحی, علی, رئیسی, فایز. (1397). 'کارایی کرم خاکی و ریزوباکترها بر همزیستی میکوریزایی و رشد سه گونه گیاهی در یک خاک آلوده به فلز سرب', مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک, 25(3), pp. 97-112. doi: 10.22069/jwsc.2018.14253.2898
محوحی, علی, رئیسی, فایز. کارایی کرم خاکی و ریزوباکترها بر همزیستی میکوریزایی و رشد سه گونه گیاهی در یک خاک آلوده به فلز سرب. مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک, 1397; 25(3): 97-112. doi: 10.22069/jwsc.2018.14253.2898
کارایی کرم خاکی و ریزوباکترها بر همزیستی میکوریزایی و رشد سه گونه گیاهی در یک خاک آلوده به فلز سرب
1گروه خاک شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد،ایران
2گروه خاکشناسی دانشگاه شهرکرد
چکیده
چکیده سابقه و هدف: سرب از نظر سمیت و کاهش فعالیت بیولوژیکی در خاک مورد توجه است. رشد گیاهان نیز در یک خاک آلوده به فلزات سنگین به اثر متقابل بین جانداران در محیط ریزوسفر و ریشه گیاه بستگی دارد. کرم‌های خاکی، قارچ‌های میکوریزا و ریزوباکترهای محرک رشد گیاه از مهم‌ترین این ریزجانداران هستند. در این مطالعه اثر جداگانه و همزمان کرم خاکی و ریزوباکترها بر کلونیزاسیون ریشه و رشد گیاه در یک خاک آلوده مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش‌ها: بذر سه گونه گیاهی شامل ذرت مرغ و گاوپونه پس از استریل سطحی و جوانه‌زنی به گلدان‌های حاوی 4 کیلوگرم خاک آلوده (جمع‌آوری شده از معدن سرب باما) و استریل شده در دمای oC 121 به مدت 2 ساعت منتقل شدند. سه گونه گیاه تلقیح شده با قارچ میکوریزا به صورت جداگانه و همزمان با کرم خاکی (Eisenia foetida) یا ریزوباکتری تلقیح گردید. پس از گذشت ۳ (ذرت و مرغ) و ۴ (گاوپونه) ماه از دوره رشد تحت شرایط گلخانه، اندام هوایی گیاهان از سطح خاک جدا شدند. غلظت سرب و فسفر در خاک و گیاهان، درصد کلونیزاسیون، فراوانی اسپور و طول ریشه کلونیزه اندازه‌گیری شدند. یافته‌ها: به‌طور‌کلی، تلقیح هر سه گیاه میکوریزایی مورد مطالعه با کرم خاکی و ریزوباکتر، درصد کلونیزاسیون ریشه، فراوانی اسپورها، قابلیت دسترسی فسفر خاک و رشد گیاه را تحت تاثیر قرار داد و بسته به نوع گیاه و موجود زنده کاملاً متفاوت بود. همبستگی بین فسفر قابل دسترس خاک و درصد کلونیزاسیون ریشه در هر سه گیاه (ذرت: 48/0-=r، 05/0P<؛ مَرغ: 74/0-=r، 001/0P< و گاوپونه: 65/0-=r، 01/0P<) منفی و معنی‌دار بود. اما همبستگی منفی بین سرب قابل دسترس و کلونیزاسیون تنها در کشت مَرغ مشاهده شد. همچنین از بین فاکتور‌های همزیستی میکوریزایی مورد مطالعه، فراوانی اسپورها کمترین تغییرات را بین تیمار‌های همزمان نشان داد. از سوی دیگر، همبستگی بین فراوانی اسپورها و کلونیزاسیون ریشه هر سه گیاه (غیر‌معنی‌دار در کشت ذرت؛ مَرغ: 76/0=r، 001/0P< و گاوپونه: 67/0=r، 01/0P<) نیز متفاوت بود و نشان داد که فراوانی اسپورها به تنهایی شاخص مناسبی برای وابستگی میکوریزایی نیست و به نوع گیاه و موجود زنده خاک (کرم خاکی یا باکتری) بستگی دارد. نتیجه‌گیری: نتایج این بررسی حاکی است افزایش سرب و فسفر قابل دسترس خاک می‌تواند یکی از عوامل کاهش درصد کلونیزاسیون ریشه باشد، اما اثر منفی سرب بر همزیستی میکوریزایی به حساسیت گیاه به سمیت سرب بستگی دارد. همچنین درصد کلونیزاسیون ریشه به تنهایی شاخص مناسبی از رشد گیاهان مورد مطالعه نیست و به عوامل دیگری همچون نوع گیاه، غلظت فسفر و سرب خاک بستگی دارد. همچنین هراندازه حساسیت گیاه به سمیت سرب بیشتر باشد، همبستگی بین رشد گیاه و همزیستی میکوریزایی مشهودتر است.
The efficiency of earthworms and rhizobacteria on mycorrhizal symbiosis and growth of three plant species in a soil contaminated with Lead (Pb) metal
نویسندگان [English]
Ali Mahohi1؛ Fayez Raiesi2
1Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2Dept. of Soil Science and Engineering
Faculty of Agriculture, Shahrekord University
چکیده [English]
Abstract Introduction Lead (Pb) is considered to be particularly toxic and responsible for significant decreases in biological activities in soils. Phytoremediation is an emerging and low-cost technology that utilizes plants to remove, transform, or stabilize contaminants located in water, sediments, or soils. The success of phytoremediation depends on the interactions between rhizosphere macro and microorganisms and plant roots. Among these organisms, the role of earthworms, mycorrhizal fungi, and plant growth promoters' rhizobacteria have been considered. In this study, we have evaluated and compared the combined effects of earthworms and bacteria on root colonization and plant growth in a contaminated soil.
Material and method Three plant species seeds (Zea mays (maize); Cynodon dactylon (bermudagrass) and Stachys inflata), after surface-sterilization and germination were transplanted into each plastic pot contained 4 kg of contaminated soil (collected from bama mining area located in the southwest of Isfahan) that already autoclaved at 121 oC for 2 h. A completely randomized design with 2×2×2 factorial treatment combination was used with the following factors: with or without earthworm treatments (Eisenia foetida), with or without arbuscular mycorrhizal (AM) fungal treatments and with or without rhizobacteria. After about three (bermudagrass and maize) and four (Stachys inflata) month growth in greenhouse condition, plant shoots were harvested. Pb and phosphorus (P) concentration, root colonization, spore abundance and root colonized length were determined. Results and Discussion In general, inoculation of these organisms differently affected root colonization, spore abundance, soil phosphorus (P) availability and plant growth, and showed variable results depending upon plant species and soil organisms involved. The significant and negative correlations between soil P availability and root colonization for all the plants (maize: r=-0.48, P<0.05; bermudagrass: r=-0.74, P Conclusion This study showed that increasing the availability of soil P and Pb could be one of the decrease factors in root colonization, but the negative Pb effects depend on plant sensitivity. Furthermore, root colonization may not alone be a suitable index for plant growth and could be different with plant species and soil P or Pb concentrations. Furthermore, the relationship between plant growth and mycorrhizal symbiosis was higher in plant sensitive to Pb toxicity.
کلیدواژه‌ها [English]
AM fungi, Earthworms, rhizobacteria, root colonization
مراجع
1.Andrade, S.A.L., Abreu, C.A., Abreu, M.F., and Silveria, A.P.D. 2004. Influence of lead addition on arbuscular mycorrhiza and rhizobium symbiosis under soybean plants. Applied Soil Ecology. 26: 123-131. 2.Artursson, V., Finlay, R.D., and Jansson, J.K. 2006. Interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria and their potential for stimulating plant growth. Environmental Microbiology. 8: 1-10. 3.Belimov, A.A., Kunakova, A.M., Safronova, V.I., Stepanok, V.V., Yudkin, L.Y., Akleseev, Y.V., and Kozhemyakov, A.P. 2004. Employment of rhizobacteria for the inoculation of barley plants cultivated in soil contaminated with lead and cadmium. Microbiology. 73: 99-106. 4.Bruce, A., Smith, S.E., and Tester, M. 1994. The development of mycorrhizal infection in cucumber: effects of P supply on root growth, formation of entry points and growth of infection units. New Phytologist. 1: 507-514. 5.Campbell, C.R., and Plank, C.O. 1998. Preparation of plant tissue for laboratory analysis. In: Kalra Y.P. (ed) Handbook of Reference Methods for Plant Analysis. CRC Press, Taylor & Francis Group. Pp: 37-50. 6.Chen, B.D., Liu, Y., Shen, H., Li, X.L., and Christie, P. 2004. Uptake of cadmium from an experimentally contaminated calcareous soil by arbuscular mycorrhizal maize (Zea mays L.). Mycorrhiza. 14: 347-354. 7.Chen, X., Wu, C., Tang, J., and Hu, S. 2005. Arbuscular mycorrhizae enhance metal lead uptake and growth of host plants under sand culture experiment. Chemosphere. 60: 665-671. 8.Dary, M., Chamber-Pérez, M.A., Palomares, A.J., and Pajuelo, E. 2010. In situ phytostabilisation of heavy metal polluted soils using Lupinus luteus inoculated with metal resistant plant-growth promoting rhizobacteria. J. Hazard. Mater. 177: 323-330. 9.Duponnois, R., Kisa, M., Assigbetse, K., Prin, Y., Thioulouse, J., Issartel, M., Moulin, P., and Lepage, M. 2006. Fluorescent pseudomonads occurring in Macrotermes subhyalinus mound structures decrease Cd toxicity and improve its accumulation in sorghum plants. Science of the Total Environment. 370: 391-400. 10.Eisenhauer, N., König, S., Sabais, A.C., Renker, C., Buscot, F., and Scheu, S. 2009. Impacts of earthworms and arbuscular mycorrhizal fungi (Glomus intraradices) on plant performance are not interrelated. Soil Biology and Biochemistry. 41: 561-567. 11.Gildon, A., and Tinker, P.B. 1983. Interactions of vesicular-arbuscular mycorrhizal infection and heavy metals in plants. The effects of heavy metals on the development of vesiculararbuscular mycorrhizas. New Phytologist. 95: 247-261. 12.Gonzalez-Chavez, M., Carrillo-Gonzalez, R., Wright, S., and Nichols, K. 2004. The role of glomalin, a protein produced by arbuscular mycorrhizal fungi, in sequestering potentially toxic elements. Environmental Pollution. 130: 317-323. 13.Hassan, S.E., Hijri, M., and St-Arnaud, M. 2013. Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on trace metal uptake by sunflower plants grown on cadmium contaminated soil. New Biotechnology. 30: 780-787. 14.Hua, J.F., Lin, X.G., Bai, J.F., Shao, Y.F., Yin, R., and Jiang, Q. 2010. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi and earthworm on nematode communities and arsenic uptake by maize in arsenic contaminated soils. Pedosphere. 20: 163-173. 15.Hu, J., Wang, H., Wu, F., Wu, S., Cao, Z., Lin, X., and Wong, M.H. 2014. Arbuscular mycorrhizal fungi influence the accumulation and partitioning of Cd and P in bashful grass (Mimosa pudica L.) grown on a moderately Cd-contaminated soil. Applied Soil Ecology. 73: 51-57. 16.Jenkins, W.R. 1964. A rapid centrifugal technique for separating nematodes from soil. Plant Disease Reporter. 48: 692-701. 17.Lebron, L., Zou, X.M., and Lodge, D.J. 1998. Disturbance VA mycorrhizae by earthworm in a pasture and a forest in Puerto Rico. Second International Conference on Mycorrhiza, Uppsala, Sweden. Pp: 5-10. 18.Li, Y., Peng, J., Shi, P., and Zhao, B. 2009. The effect of Cd on mycorrhizal development and enzyme activity of Glomus mosseae and Glomus intraradices in Astragalus sinicus L. Chemosphere. 75: 894-899. 19.Li, Xiang D., Wang, Ch., Li, X., and Lou, Y. 2012. Effects of epigeic earthworm (Eisenia fetida) and arbuscular mycorrhizal fungus (Glomus intraradices) on enzyme activities of a sterilized soil–sand mixture and nutrient uptake by maize. Biology and Fertility of Soils. 48: 879-887. 20.Lindsay, W.L., and Norvell, W.A. 1978. Development of DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Sci. Soc. Amer. J. 42: 421-428. 21.Ma, Y., Dickinson, N.M., and Wong, M.H. 2006. Beneficial effects of earthworms and arbuscular mycorrhizal fungi on establishment of leguminous trees on Pb/Zn mine tailings. Soil Biology and Biochemistry. 38: 1403-1412. 22.Ma, Y., Prasad, M.N.V., Rajkumar, M., and Freitas, H. 2011. Plant growth promoting rhizobacteria and endophytes accelerate phytoremediation of metalliferous soils. Biotechnology Advances. 29: 248-258. 23.Malekzadeh, A., Alikhani, H., Savaghebi Firoozabadi, Gh., and zarei, M. 2011. Interaction between Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Cd-Resistant PGPR in Phytoremediation of Cadmium. J. Water Soil. 25: 266-274. (Translated in Persian) 24.Marino, F., and Morgan, A.J. 1999. The time-course of metal (Ca, Cd, Cu, Pb, Zn) accumulation from a contaminated soil by three populations of the earthworm, Lumbricus rubellus. Applied Soil Ecology. 12: 169-177. 25.Marschner, H., and Dell, B. 1994. Nutrient uptake in mycorrhizal symbiosis. Plant and Soil. 159: 89-102. 26.Milleret, R., Le Bayon, R.C., and Gobat, J.M. 2009. Root, mycorrhiza and earthworm interactions: their effects on soil structuring processes, plant and soil nutrient concentration and plant biomass. Plant and Soil. 316: 1-12. 27.Nadeem, S.M., Ahmad, M., Zahir, Z.A., Javaid, A., and Ashraf, M. 2014. The role of mycorrhizae and plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) in improving crop productivity under stressful environments. Biotechnology Advances. 32: 429-448. 28.Nogueira, M.A., and Cardoso, E.J.B.N. 2007. Phosphorus availability changes the internal and external endomycorrhizal colonization and affects symbiotic effectiveness. Scientia Agricola, (Piracicaba, Braz.). 64: 295-300. 29.Olsen, S.R., Cole, C.V., Watanabe, F.S., and Dean, L.A. 1954. Estimation of available phosphorus in soil by extraction with sodium bicarbonate. USDA. Circ. 939. U. S. GOV. Print Office, Washington, DC. 30.Olsen, S.R., and Sommers, L.E. 1982. Phosphorus, P 403-430, In: Page A.L. (Ed), Methods of soil analysis, Part 2, Chemical and Microbiological properties, Soil Sci. Soc. Amer. J. Madison, 1982. 31.Orlowska, E., Godzik, B., and Turnau, K. 2012. Effect of different arbuscular mycorrhizal fungal isolates on growth and arsenic accumulation in Plantago lanceolata L. Environmental Pollution. 168: 121-130. 32.Ortiz-Ceballos, A.I., Pena-Cabriales, J.J., Fragoso, C. and Brown, G.G. 2007. Mycorrhizal colonization and nitrogen uptake by maize: combined effect of tropical earthworms and velvet bean mulch. Biology and Fertility of Soils. 44: 181-186. 33.Ownby, D.R., Galvan, K.A., and Lydy, M.J. 2005. Lead and zinc bioavailability to Eisenia fetida after phosphorus amendment to repository soils. Environmental Pollution. 136: 315-321. 34.Philips, J.M., and Hayman, D.S. 1970. Improved procedure from clearing root and vesicular arbuscular mycorrhiza fungi for rapid assessment of infection. Transactions of the British Mycological Society. 55: 158-160. 35.Rajkumar, M., Sandhya, S., Prasad, M.N.V., and Freitas, H. 2012. Perspectives of plantassociated microbes in heavy metal phytoremediation. Biotechnology Advances. 30: 1562-1573. 36.Selvakumar, G., Murugesan, Ch., Charlotte, Sh., Kiyoon, K., and Tongmin, S. 2012. Spore associated bacteria (SAB) of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) increase nutrient uptake and plant growth under stress conditions. Korea. J. Soil Sci. Fertil. 45: 582-592. 37.Shen, H., Christie, P., and Li, X. 2006. Uptake of zinc, cadmium and phosphorus by arbuscular mycorrhizal maize (Zea mays L.) from a low available phosphorus calcareous soil spiked with zinc and cadmium. Environmental Geochemistry and Health. 28: 111-119. 38.Sizmur, T., Palumbo-Roe, B., Watts, M.J., and Hodson, M.E. 2011. Impact of the earthworm Lumbricus terrestris L. on As, Cu, Pb and Zn mobility and speciation in contaminated soils. Environmental Pollution. 159: 742-748. 39.Smith, S.E., and Read, D.J. 2008. Mycorrhizal symbiosis. 3rd edn. Academic Press. 40.Tennant, D. 1975. A test of a modified line intersect method of estimating root length. J. Ecol. 63: 995-1001. 41.Tuffen, F., Eason, W.R., and Scullion, J. 2002. The effect of earthworm and arbuscular mycorrhizal fungi on growth of and 32P transfer between Allium porrum plants. Soil Biology and Biochemistry. 34: 1027-1036. 42.Vivas, A., Voros, I., Biro, B., Barea, J.M., Ruiz-Lozano, J.M. and Azcon, R. 2003. Beneficial effects of indigenous Cd-tolerant and Cd sensitive Glomus mosseae associated with a Cd-adapted strain of Brevibacillus brevis in improving plant tolerance to Cd contamination. Applied Soil Ecology. 24: 177-186. 43.Watts-Williams, S., and Cavagnaro, T. 2012. Arbuscular mycorrhizas modify tomato responses to soil zinc and phosphorus addition. Biol. Fertil. Soils. 48: 285-294. 44.Wu, F.Y., Bi, Y.L., Leung, H.M., Ye, Z.H., Lin, X.G., and Wong, M.H. 2010. Accumulation of As, Pb, Zn, Cd and Cu and arbuscular mycorrhizal status in populations of Cynodon dactylon grown on metal-contaminated soils. Applied Soil Ecology. 44: 213-218. 45.Yu, X., Cheng, J., and Wong, M.H. 2005. Earthworm-mycorrhiza interaction on Cd uptake and growth of ryegrass. Soil Biology and Biochemistry. 37: 195-201. 46.Zhang, X.C., Lin, L., Chen, M.Y., Zhu, Z.Q., Yang, W.D., Chen, B., Yang, X.E., and An, Q.L. 2012. A nonpathogenic Fusarium oxysporum strain enhances phytoextraction of heavy metals by the hyperaccumulator Sedum alfredii Hance. J. Hazard. Mater. 229: 361-370.
ابتدای صفحه