استفاده از باکتری‌های مفید خاکزی درمدیریت تولید محصول در شرایط تنش شوری و خشکی از طریق کاهش اتیلن گیاه

نوع مقاله: علمی ترویجی

نویسنده

عضو هیأت علمی

چکیده

ایران در یکی از مناطق خشک و نیمه خشک جهان واقع شده است و با توجه به وجود املاح زیاد و شوری موجود در منابع خاک و اّب، ارائه راهکارهای مدیریتی در جهت مقابله با این شرایط محدود کننده حاکم بر کشاورزی ضروری می­باشد. اتیلن هورمون گیاهی مهم برای رشد و نمو طبیعی گیاه است. اما در غلظت­های زیاد از جمله در شرایط تنش همانند شوری و خشکی موجب بروز مشکل در رشد گیاه می­شود. بعضی از باکتری­های محرک رشد گیاه دارای آنزیمی به نام ACC دآمیناز هستند که قادر است پیش ماده اتیلن یعنی 1-آمینوسیکلوپروپان-1-کربوکسیلات (ACC) را به آمونیاک و آلفاکتوبوتیرات تبدیل و از این طریق موجب کاهش مقدار اتیلن ایجاد شده در اثر تنش در گیاه شود. غربالگری باکتری­های بومی خاک­های مناطق تحت تنش خشکی و شوری از نظر فعالیت آنزیمACC دآمیناز، انتقال ژن مذکور به باکتری­هایی که دارای سایر خصوصیات منسوب به محرک رشد هستند و همچنین ایجاد گیاهان تراریخته با ژن ACC دآمیناز از مهمترین اقدامات پیشنهادی برای توسعه پژوهش در این زمینه است. وجود منابع غنی از باکتری­ها در ریزوسفر گیاهان مناطق خشک و شور و توسعه تحصیلات تکمیلی و تعداد قابل توجه علاقه مندان به این گرایش، چشم­انداز روشنی فرا روی تحقیقات در این زمینه قرار می­دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Beneficial Soil Bacteria in Crop Production Management Under Saline and Drought Stress via Decreasing Ethylene

نویسنده [English]

  • houshang khosravi
Assistant Prof. Soil and Water Research Institute, Karaj, Iran
چکیده [English]

A wide range of Iranian agricultural lands are located in arid and semi-arid regions and they are facing to saline and drought stresses condition. So, finding an approach to increase tolerance of plant under this condition is highly valuable. Ethylene is an important hormone for normal growth and development of plants. However, high concentration of this hormone due to the environmental stresses such as drought and salinity prevent plant growth. Some of the plant growth rhizobacteria contain ACC deaminase enzyme that is capable to convert 1-aminocyclopropane-1-carboxylate, the precursor of ethylene in plants to α-ketobutyrate and ammonia and decrease ethylene level under stress condition. Plant growth promoting rhizobacteria or PGPR can stimulate the plants growth by different mechanisms. The previous investigations revealed that using natural or recombinant bacteria that containing ACC deaminase genes are capable to eliminate the stress ethylene in drought and salinity conditions. The most important practical research program that can be offered are screening of ACC deaminase producing bacteria native to dry and saline soils of Iran, transformation of other indigenous PGPRs and production of transgenic plants with ACC deaminase genes. Growing trend in higher education and existing of reach sources of bacteria in the rhizosphere of plants are hopefully approach for overcoming to drought and salinity stress.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ACC deaminase
  • Biofertilizer
  • Enzyme
  1. اخگر، ع. 1387. جداسازی، شناسایی و بررسی باکتری­های ریزوسفری دارای توان تولید آنزیم ACC دآمیناز در کاهش اثرات تنش شوری بر رشد کلزا. رساله دکتری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران. 158 صفحه.
  2. جلیلی ف.، ک. خاوازی، ا. پذیرا، ع. شعرای نجاتی، ه. اسدی رحمانی. 1388. تاثیر سودوموناس­های فلورسنت دارای فعالیت آنزیمACC دآمیناز در تعدیل اثرات مضر شوری بر کلزا در مرحله جوانه زنی. مجله پژوهش های خاک (علوم خاک و آب)، 23(1):106-91 .
  3. خسروی ه.، ح. علیخانی، ب. یخچالی. 1389. اثر تلقیح سویه­های meliloti Sinorhizobiumبومی دارای توان تولید آنزیم ACC دآمیناز بر رشد گندم در شرایط تنش خشکی. مجله پژوهش آب در کشاورزی، 24(2):131-123.
  4. خسروی، ه.، ب. یخچالی و ح. علیخانی. 1388. تعیین پتانسیل تعدادی از ریزوبیوم­های بومی به عنوان باکتری­های محرک رشد گیاه و نقش آنها در کاهش اتیلن تنشی. مجله زیست­شناسی ایران. 22(4): 670-661.
  5. خسروی، ه.، ح. علیخانی و ب. یخچالی. 1387. بررسی اثر سویه­های ریزوبیوم دارای آنزیم ACC دآمیناز بر رشد گندم در شرایط تنش شوری. مجله تحقیقات آب و خاک ایران (مجله علوم کشاورزی ایران)، 39(1): 103-93.
  6. خسروی، ه.، م. داشادی، م. شاهوردی، ع. معزی، ح. نادیان، و م. حیدری. 1391 (1). مطالعه اثر تلقیح باکتریRhizobium  و Azotobacter بر شاخص­های رشد باقلا در شرایط  تنش آبی. اولین همایش ملی مدیریت آب در مزرعه، 11-9 خرداد 1391، مؤسسه تحقیقات خاک و آب- کرج.
  7. خسروی، ه.، م. داشادی، م.، م. کوشکی، پ احمدی، ق. الهی، ع. معزی، ح. نادیان و م. حیدری.1391 (2). تاتیر تلقیح ریزوبیوم و ازتوباکتر بر رشد و عملکرد باقلا تحت شرایط کم آبیاری در بروجرد. اولین همایش ملی مدیریت آب در مزرعه، 11-9 خرداد 1391، مؤسسه تحقیقات خاک و  آب- کرج.
  8. خلیلی ر. علیخانی، ح.، زارعی م. و رحمت پور س. 1389. بررسی برخی از صفات محرک رشد جدایه‌های بومی باکتری Pseudomonas fluorescens متحمل به خشکی و تأثیر آن بر شاخص‌های رشد و عملکرد گندم. تحقیقات آب ‌و خاک ایران، (1)43. 74-67
  9. داوودی فرد م، د. حبیبی، ف. پاکنژاد ، ف. فاضلی و پ. فرهان­­پاد. 1389. بررسی تاثیر باکتری محرک رشد و محلول پاشی اسید سالیسیک و اسید آمینه بر روی فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدان تحت شرایط تنش خشکی در گیاه گندم. زراعت و اصلاح نباتات. (4)6.11 -36
  10. فهیمی، ح. 1376. تنظیم­کننده­های رشد گیاهی. انتشارات دانشگاه تهران، 172 صفحه.
  11. گلپایگانی، 1. 1390. اثر تنش خشکی و باکتریهای افزاینده رشد گیاه بر ویژگیهای  اکوفیزیولوژیکی ریحان. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل، زابل، ایران.
  12. مؤمنی ع. 1388. پراکنش جغرافیایی و سطوح شوری منابع خاک ایران. مجله پژوهش­های خاک، 24(3): 215-203.
  13. میرزایی ا.، ر. ناصری، غ. طهماسبی و م. تراب میری. 1393. بررسی اثر تنش خشکی، کودهای شیمیایی و زیستی بر خصوصیات آگروفیزیولوژیک و فنولوژیک در گلرنگ. سیزدهمین همایش علوم زراعت و اصلاح نباتات ایران و سومین همایش علوم و تکنولوژی بذرایران. 4 تا 6 شهریور 1393، کرج.
  14. هادی ح. ا. اصغرزاده، ج.، دانشیان و آ. حمیدی. 1389. تاثیر مایه تلقیح سویا و ازتوباکتر بر گیاهان حاصل از بذرهای سویای تولید شده در شرایط تنش خشکی. مجله پژوهش­های خاک، 24(2):177-165.
    1. Abd El-Daim I.A.M. 2015. Use of Rhizobacteria for the alleviation of plant stress. Doctoral Thesis Swedish University of Agricultural Sciences Uppsala.
    2. Abeles F.B., P.W. Morgan, M.E. Saltveit.1992. The biosynthesis of ethylene. In: ethylene in plant biology, 2nd edition, Academic Press, San Diego, 414 pp.
    3. Bleecker, A.B. and H. Kende. 2000. Ethylene: A gaseous signal molecule in plants. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 16:1–18.
    4. Cheng, Z., E. Park and B.R. Glick. 2007. 1-Aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase from PseudomonaseputidaUW4 facilitates the growth of canola in the presence of salt. Canadian Journal of Microbiology, 53: 912-918.
    5. Dashadi, M., Khosravi, H., Moezzi, A. Nadian, H. 2011. Co-Inoculation of Rhizobium and Azotobacter on Growth Indices of Fababean under Water Stress in the Green House Condition. Advanced Studies in Biology, 3(8): 373–385.
    6. Dodd I.C., A.A. Belimov, W.Y. Sobeih, V.I. Safronova, D. Grierson, W.J. Davies 2005. Will modifying plant ethylene status improve plant productivity in water-limited environments? 4th InternationalCrop Science Congress. http://www.cropscience.org.au/icsc2004/poster/1/3/4/510_doddicref.htm (Accessed at June 17,
    7. Glick B.R. and Y. Bashan .1997. Genetic manipulation of plant growth-promoting bacteria to enhance biocontrol of phytopathogens. Biotechnology Advances. 15:353-378.
    8. Glick, B.R. 1995. The enhancement of plant growth by free-living bacteria. Canadian Journal of Microbiology, 41:109–117.
    9. Glick, B.R., D.M. Penrose, and J. Li. 1998. A model for the lowering of plant ethylene concentrations by plant growth-promoting bacteria. Journal of Theoretical Biology, 190: 63–68.
    10. Glickو B.R. 2005. Modulation of plant ethylene levels by the bacterial enzyme ACCdeaminase. FEMS Microbiology Letters, 251: 1–7.
    11. Grichko, V.P. and B.R. Glick, 2001. Ethylene and flooding stress in plants. Plant Physiology and Biochemistry. 39: 1-9.
    12. Grover, M., Sk.Z. Ali, V. Sandhya, Rasul A,, B.Venkateswarlu. 2011. Role of microorganisms in adaptation of agriculture crops to abiotic stresses. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 27:1231–1240.
    13. Habib S.H., Kausar H., Saudi H.M. 2016. Plant growth-promoting rhizobacteria enhance salinity stress tolerance in Okra through ROS-Scavenging enzymes. Publishing Corporation BioMed Research International, Article ID 6284547, 10 pages.
    14. Hontzeas, N., C.E., Hontzeas, and B.R. Glick. 2006. Reaction mechanisms of the bacterial enzyme 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase. Biochemistry Advances, 24:420-426.
    15. Jakubowicz, M. 2002. Structure, catalytic activity and evolutionary relationships of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase, the key enzyme of ethylene synthesis in higher plants. Acta Biochimica Polonica. 49(3): 757-774.
    16. Ji, Y.X., and X.D. Huang. 2008. Amelioration of salt stress on annual Ryegrass by ACC deaminase-containing plant growth-promoting rhizobacteria. The 2nd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering, 16-18 May 2008. Shanghai. Pp: 4104-4107. 
    17. Khosravi, H., H.A. Alikhani, B. Yakhchali, A.A. Kharkhane. 2014. Isolation, cloning and sequence analysis of ACC deaminase gene from two native Sinorhizobium meliloti. Iranian Journal of Biotechnology, 12(3): 51-57.
    18. Klassen, S. and B. Bugbi. 2000. Differential sensitivity of crops to ethylene and interactions with elevated CO2. Life Support and Biosphere Science, 7: 23-83.
    19. Mayak, S., T. Tirosh, , and B.R. Glick. 2004. Plant growth-promoting bacteria that confer resistance to water stress in tomato and pepper. Plant Science, 166: 525-530.
    20. Naz I., A. Rehim, M. Zafar-ul-Hye, Z. Ahmad Zahir, M. Abid, M. Arif Aliand M. Hussain. 2013. Effectiveness of ACC-deaminase containing Pseudomonas strains to induce salinity tolerance in maize under fertilized and unfertilized field conditions. Soil Environment. 32(2): 167-172.
    21. Saravanakumar, D. and R. Samiyappan. 2007. ACC deaminase from Pseudomonas fluorescens mediated saline resistance in groundnut (Arachis hypogea) plants. Journal of Applied Microbiology, 102: 1283-1292.
    22. Sergeeva, E., S. Shah and B.R. Glick. 2006. Growth of transgenic canola (Brassica napus cv. Wester) expressing a bacterial 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase gene on high concentration of salt. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 22: 277-282.
    23. Shaharoona, B., M. Arshad, Z.A. Zahir, and A. Khalid. 2006. Performance of Pseudomonas spp. containing ACC-deaminase for improving growth and yield of maize (Zea mays L.) in the presence of nitrogenous fertilizer. Soil Biology and Biochemistry, 38: 2971-2975.
    24. Zahir Wang, K.L.C., H. Li and J.R. Ecker. 2002. Ethylene biosynthesis and signaling networks. The Plant Cell, 14 (supplemented): s131-s151.
    25.  A., Z.U. Ghani, ·M. Naveed, S.M. Nadeem, H.N. Asghar. 2009. Comparative effectiveness of Pseudomonas and Serratia sp. containing ACC-deaminase for improving growth and yield of wheat (Triticum aestivum L.) under salt-stressed conditions. Arch Microbiol. 191:415–424.