تأثیر قارچ‌های مایکوریزا و سطوح مختلف تنش شوری بر جذب عناصر غذایی و درصد کلونیزاسیون ریشه در گیاه دیوخار ترکمنی (Lycium depressum)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، گرگان

3 Gorgan University of Agricultural sciences and Natural resources, Gorgan, Iran

4 دانشگاه علوم پزشکی گرگان

چکیده

سابقه و هدف: تنش شوری یکی از چالش‌های اصلی در عرصه‌های طبیعی و مراتع، به ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک است که اثرات منفی قابل توجهی بر رشد و عملکرد گیاهان دارد. این تنش با اختلال در جذب آب و عناصر غذایی ضروری مانند فسفر، نیتروژن و پتاسیم، رشد گیاهان را محدود کرده و رشد و عملکرد آن‌ها را کاهش می‌دهد. قارچ‌های میکوریزا آربوسکولار (AMF) به عنوان همزیست‌های ریشه، نقش مهمی در بهبود جذب عناصر غذایی، افزایش مقاومت گیاهان به تنش‌های محیطی و کاهش جذب یون‌های سمی مانند سدیم ایفا می‌کنند. گیاه دارویی دیوخار ترکمنی (Lycium depressum) به دلیل مقاومت نسبی به شوری و خشکی، نقش مهمی در تثبیت خاک و حفظ تنوع زیستی در مناطق خشک و نیمه‌خشک دارد. با این حال، اطلاعات محدودی در مورد تأثیر همزیستی با قارچ‌های مایکوریزا بر جذب عناصر غذایی و تحمل این گیاه به شوری وجود دارد. هدف این پژوهش، بررسی تأثیر سطوح مختلف تنش شوری و تلقیح با قارچ‌های مختلف AMF (شامل Funneliformis mosseae، Rhizophagus intraradices و ترکیب F. mosseae + R. intraradices) بر جذب عناصر غذایی (سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و فسفر) و درصد کلونیزاسیون ریشه در گیاه L. depressum است. این مطالعه با هدف توسعه راهکارهای زیستی مؤثر برای بهبود استقرار و پایداری این گونه ارزشمند در اکوسیستم‌های شور و ارائه راهکارهایی برای مدیریت بهینه مراتع تخریب‌شده انجام شده است.
مواد و روش‌ها:
این پژوهش به صورت آزمایش گلدانی به‏صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کاملاً تصادفی با چهار تکرار در مجموع با 64 واحد آزمایشی در گلخانه دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان در سال ۱۴۰۱ انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل دو فاکتور بودند: 1) تلقیح با قارچ‌های مایکوریزا آربوسکولار (AMF) در چهار سطح: ) تیمارهای قارچ Funneliformis mosseae (F1)، Rhizophagus intraradices (F2)، ترکیب F. mosseae + R. intraradices (F1+F2) و شاهد بدون قارچ، (F0)؛ ۲) سطوح مختلف تنش شوری ناشی از کلرید سدیم در چهار سطح: شاهد (شوری خاک رویشگاه معادل ۶ دسی‌زیمنس بر متر) و سطوح ۱۰، ۱۴ و ۱۸ دسی‌زیمنس بر متر. قلمه‌های گیاه دیوخار ترکمنی L. depressum از تپه‌های مرتع قره‌قره بزرگ برداشت و پس از ریشه‌دار شدن در بستر ماسه بادی شسته شده، به گلدان‌های حاوی خاک استریل‌شده رویشگاه منتقل شدند. زادمایه قارچی به اندازه 60 گرم (حاوی ۶۰ اسپور در هر گرم) به صورت یک لایه نازک تلقیح شده در فاصله 1 سانتیمتری زیر ریشه به گلدان‌ها اضافه شد و سطوح شوری به صورت تدریجی اعمال گردید. گیاهان به مدت دو سال تحت شرایط کنترل‌شده گلخانه‌ای متوسط دما حداقل 21 و حداکثر 27 درجه ‌سانتیگراد و شدت نور 8 ساعت تاریکی و 16 ساعت روشنایی با حفظ رطوبت ۷۰ تا ۸۰ درصد ظرفیت زراعی، نگهداری شدند. غلظت عناصر غذایی (سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و فسفر) در برگ‌ها و ریشه‌ها اندازه‌گیری شد. درصد کلونیزاسیون ریشه با روش رنگ‌آمیزی تریپان بلو و شمارش ساختارهای قارچی با استفاده از میکروسکوپ نوری تعیین گردید. داده‌ها با استفاده از مدل خطی عمومی (GLM) در نرم‌افزار Minitab نسخه ۱۹ تحلیل و مقایسه میانگین‌ها با آزمون توکی در سطح احتمال ۵ درصد انجام شد. نمودارها نیز با نرم‌افزار Excel 2016 ترسیم گردیدند.یافته‌ها:
نتایج این پژوهش نشان داد که افزایش سطوح شوری منجر به کاهش معنی‌دار رشد و جذب عناصر غذایی در گیاه دیوخار ترکمنی می‌شود. با این حال، تلقیح با قارچ‌های میکوریزا آربوسکولار (AMF)، به ویژه تیمار ترکیب (F1+F2)، تأثیر مثبتی بر جذب عناصر داشت. در تیمارهای مایکوریزایی، غلظت عناصر پتاسیم، کلسیم، منیزیم و فسفر در برگ‌ها به طور معنی‌داری افزایش یافت .(p<0.05) بیشترین میزان جذب این عناصر در سطح شوری ۶ دسی‌زیمنس بر متر (S1) مشاهده شد، در سطح شوری S1، تیمار ترکیبی F1+F2 جذب فسفر را تا دو برابر و جذب کلسیم را تا بیش از دو برابر نسبت به شاهد افزایش داد. همچنین، در همین سطح شوری، درصد کلونیزاسیون ریشه در تیمار F1+F2 به 325/26 درصد رسید که ۳۹ برابر بیشتر از شاهد بود. با افزایش شوری به سطوح ۱۰، ۱۴ و ۱۸ دسی‌زیمنس بر متر(S2، S3 و S4)، تأثیر مثبت تیمار ترکیبی F1+F2 بر جذب عناصر و کلونیزاسیون ریشه کاهش یافت، اما همچنان نسبت به شاهد برتری داشت. به عنوان مثال، در سطح شوری S4، جذب پتاسیم در تیمار F1+F2 نسبت به شاهد بیش از دو برابر افزایش یافت. علاوه بر این، تیمار F1+F2 در تمام سطوح شوری، جذب کلسیم و منیزیم را به طور معنی‌داری بهبود بخشید، به‌طوری که در سطح شوریS4، جذب کلسیم در این تیمار بیش از سه و نیم برابر شاهد بود. همچنین ترکیب قارچی F1+F2جذب سدیم را در ریشه (تا ۵۰٪) و برگ (تا 3/64٪) کاهش داد، به ویژه در سطوح بالا شوری، و با ایجاد اثر هم‌افزایی، تحمل گیاه به شوری را بهبود بخشید. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ترکیب قارچی F1+F2 می‌تواند به عنوان یک راهکار مؤثر برای بهبود جذب عناصر غذایی و افزایش تحمل گیاه L. depressum به تنش شوری مورد استفاده قرار گیرد.
نتیجه‌گیری کلی:
این پژوهش نشان داد که تنش شوری به طور معنی‌داری جذب عناصر غذایی (سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و فسفر) و کلونیزاسیون ریشه توسط قارچ‌های میکوریزا آربوسکولار (AMF) در گیاه L. depressum را تحت تأثیر قرار می‌دهد. با این حال، تلقیح با ترکیب دو گونه قارچ (F1+F2)، به ویژه در سطوح پایین‌تر شوری، اثرات نامطلوب شوری را به طور مؤثری تعدیل کرد. تیمار ترکیبی F1+F2 با بهبود جذب عناصر ضروری مانند کلسیم و منیزیم (در برخی سطوح شوری تا چند برابر بیشتر از شاهد) و افزایش چشمگیر کلونیزاسیون ریشه (در شوری سطح یک تا ۳۹ برابر و در سایر سطوح نیز افزایش قابل توجه)، نقش بسزایی در کاهش اثرات منفی شوری ایفا نمود. علاوه بر این، ترکیب قارچی F1+F2 جذب سدیم را در ریشه تا ۵۰٪ و در برگ تا ۳/۶۴٪ کاهش داد، به ویژه در سطوح بالای شوری، و با ایجاد اثر هم‌افزایی، تحمل گیاه به شوری را بهبود بخشید. این یافته‌ها نشان می‌دهد که استفاده از این ترکیب قارچی می‌تواند به عنوان یک راهکار مؤثر در مدیریت تنش شوری در گیاه دیوخار ترکمنی و احتمالاً سایر گونه‌های مشابه، مورد توجه قرار گیرد. این امر به ویژه در پروژه‌های احیای مراتع شور و توسعه پایدار بهره‌برداری از اراضی در مناطق خشک و نیمه‌خشک که با مشکل شوری خاک مواجه هستند، اهمیت دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of mycorrhizal fungi and different levels of salt stress on nutrient uptake and root colonization percentage in Lycium depressum

نویسندگان [English]

  • Yasaman Kiasi 1
  • Mohamad Rahim Forouzeh 2
  • Elham Malekzadeh 3
  • Abdollah Ardebili 4
  • Hossein Barani 1
1 Gorgan University of Agricultural sciences and Natural resources, Gorgan, Iran
2 University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan
3 Gorgan University of Agricultural sciences and Natural resources, Gorgan, Iran
4 GolestanUniversity of Medical Sciences09173087654
چکیده [English]

Background and Objective:
Salinity stress is a major challenge in natural and rangeland areas, particularly in arid and semi-arid regions, with significant negative impacts on plant growth and performance. This stress limits plant growth by disrupting the absorption of water and essential nutrients such as phosphorus, nitrogen, and potassium, thereby reducing plant growth and productivity. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play a crucial role as root symbionts in enhancing nutrient uptake, increasing plant resistance to environmental stresses, and reducing the absorption of toxic ions like sodium. The medicinal plant Lycium depressum is important for soil stabilization and biodiversity conservation in arid and semi-arid regions due to its relative tolerance to salinity and drought. However, there is limited information on the impact of AMF symbiosis on nutrient uptake and salt tolerance in this plant. The objective of this study is to investigate the effects of different salinity levels and inoculation with various AMF species (including Funneliformis mosseae, Rhizophagus intraradices, and a combination of F. mosseae + R. intraradices) on nutrient absorption (sodium, potassium, calcium, magnesium, and phosphorus) and root colonization percentage in L. depressum. This research aims to develop effective biological strategies for improving the establishment and sustainability of this valuable species in saline ecosystems and providing solutions for the optimal management of degraded rangelands.
Materials and Methods:
This study was conducted as a pot experiment in a factorial design using a completely randomized block design with four replications, totaling 64 experimental units in the greenhouse of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources in 2022. The experimental treatments consisted of two factors: 1) Inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) at four levels: treatments with Funneliformis mosseae (F1), Rhizophagus intraradices (F2), a combination of F. mosseae + R. intraradices (F1+F2), and a control without fungi (F0); 2) Different salinity levels induced by sodium chloride at four levels: a control (soil salinity of the native habitat, equivalent to 6 dS/m) and levels of 10, 14, and 18 dS/m. Cuttings of Lycium depressum were collected from the Qaraqara large rangeland hills and, after rooting in a washed sandy bed, were transferred to pots containing sterilized soil from the native habitat. Fungal inoculum (60 grams, containing 60 spores per gram) was applied as a thin layer 1 cm below the root in each pot, and salinity levels were applied gradually. Plants were maintained under controlled greenhouse conditions for two years, with a mean temperature of 21°C to 27°C, 8 hours of darkness and 16 hours of light, and humidity maintained at 70% to 80% of field capacity. The concentration of nutrients (sodium, potassium, calcium, magnesium, and phosphorus) was measured in leaves and roots. Root colonization percentage was determined using the trypan blue staining method and counting fungal structures with a light microscope. Data were analyzed using the General Linear Model (GLM) in Minitab software version 19, and mean comparisons were performed using Tukey's test at a 5% probability level. Graphs were drawn using Excel 2016.
Findings:
The results of this study showed that increasing salinity levels significantly reduced growth and nutrient uptake in L. depressum. However, inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), particularly the combined treatment (F1+F2), had a positive effect on nutrient absorption. In mycorrhizal treatments, the concentration of potassium, calcium, magnesium, and phosphorus in leaves significantly increased (p < 0.05). The highest absorption of these elements was observed at a salinity level of 6 dS/m (S1). At this salinity level, the combined treatment F1+F2 increased phosphorus absorption by up to two-fold and calcium absorption by more than two-fold compared to the control. Additionally, at this salinity level, root colonization percentage in the F1+F2 treatment reached 26.325%, which was 39 times higher than the control. As salinity increased to levels of 10, 14, and 18 dS/m (S2, S3, and S4), the positive effect of the combined treatment F1+F2 on nutrient absorption and root colonization decreased, but it still outperformed the control. For example, at the S4 salinity level, potassium absorption in the F1+F2 treatment increased by more than two-fold compared to the control. Furthermore, the F1+F2 treatment significantly improved calcium and magnesium absorption across all salinity levels, such that at the S4 level, calcium absorption in this treatment was more than three and a half times that of the control. The fungal combination F1+F2 also reduced sodium absorption in roots (by up to 50%) and leaves (by up to 64.3%), especially at higher salinity levels, and enhanced plant tolerance to salinity through synergistic effects. These findings suggest that the fungal combination F1+F2 can be used as an effective strategy to improve nutrient uptake and enhance the tolerance of L. depressum to salinity stress.
General Conclusion:
This study demonstrated that salinity stress significantly affects the absorption of nutrients (sodium, potassium, calcium, magnesium, and phosphorus) and root colonization by arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in Lycium depressum. However, inoculation with a combination of two fungal species (F1+F2), particularly at lower salinity levels, effectively mitigated the adverse effects of salinity. The combined treatment F1+F2 played a crucial role in enhancing the absorption of essential elements like calcium and magnesium (in some salinity levels, several times higher than the control) and significantly increasing root colonization (up to 39 times at the lowest salinity level and notably at other levels). Additionally, the F1+F2 treatment reduced sodium absorption in roots by up to 50% and in leaves by up to 64.3%, especially at higher salinity levels, and improved plant tolerance to salinity through synergistic effects. These findings suggest that using this fungal combination can be an effective strategy for managing salinity stress in L. depressum and potentially similar species. This approach is particularly important for projects aimed at rehabilitating saline rangelands and sustainably developing land use in arid and semi-arid regions facing soil salinity issues.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nutrient uptake
  • environmental Stress
  • symbiotic fungi
  • rangeland ecosystems
  • rangeland restoration