اثر آلودگی کادمیم بر رشد یونجه و تثبیت بیولوژیک نیتروژن توسط جدایه‌های بومی سینوریزوبیوم ملیلوتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد دانشگاه زنجان گروه خاکشناسی

2 عضو هیأت علمی موسسه تحقیقات خاک و آب

چکیده

بسیاری از جنبه­های اثرات فلزات سنگین از جمله کادمیم بر باکتری­های ریزوبیوم­ و همزیستی ریزوبیوم-لگومینوز هنوز کاملاً شناخته شده نیست. در این تحقیق اثرات سطوح مختلف کادمیم بر رشد، توان همزیستی جدایه های سینوریزوبیوم ملیلوتی بومی خاک­های استان زنجان و میزان تثبیت نیتروژن در سطوح مختلف آلودگی بررسی گردید. برای دستیابی به جدایه­های بومی خاک­های آلوده، نمونه­هایی از غده­های ریشه یونجه از مزارع استان زنجان که آلوده به فلزات سنگین از جمله کادمیم بودند، تهیه و پس از جداسازی باکتری­های ریزوبیوم در محیط کشت اختصاصی این باکتری­ها، کشت خالص هر جدایه تهیه گردید. بررسی مقاومت جدایه­ها به سمیت کادمیم در محیط کشت HEPES-MES حاوی مقادیر مختلف کادمیم (150،...،0،10،20 میلی­گرم در لیتر) و بررسی وضعیت رشد کلنی­ها در مقایسه با شاهد انجام شد. به منظور تعیین توان جدایه­ها در تثبیت نیتروژن در شرایط آلودگی کادمیم، تعدادی از جدایه­های بسیار مؤثر که مقاومت آنها به فلز سنگین متفاوت بود (نسبتاً حساس و مقاوم)، انتخاب شدند. تیمارها در آزمون گلخانه­ای شامل پنج تیمار تلقیح با جدایه­های سینوریزوبیوم ملیلوتی (S6، S12، S17، S41 و S51)، و تیمار شاهد و نیز پنج سطح کادمیم (0،2،10،20 میلی­گرم در کیلوگرم )، بودند که در قالب طرح کاملاً تصادفی با 3 تکرار مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج با نرم افزار آماری MSTATC مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفت. براساس نتایج ، جدایه­های سینوریزوبیوم ملیلوتی از لحاظ کارایی تثبیت نیتروژن در چهار گروه بسیار مؤثر (8/17 درصد از جدایه­ها)، مؤثر (8/37 درصد از جدایه­ها)، نسبتاً مؤثر (8/17 درصد از جدایه­ها) و بدون تأثیر (6/26 درصد از جدایه­ها) قرار گرفتند. نتایج بیانگر وجود اختلاف معنی­دار (P<0.05) در بین سویه­ها از نظر میزان تحمل به کادمیم بود و سویه­ها به سه گروه حساس، نسبتاً حساس و مقاوم تفکیک شدند. نتایج آزمون تأثیر کادمیم بر رشد یونجه و توان تثبیت نیتروژن توسط جدایه‌ها نشان داد کمترین مقدار عملکرد مربوط به تیمار شاهد و بیشترین مقدار آن مربوط به سویه­های مقاوم به فلز سنگین بود. سویه S51 از نظر توان تثبیت نیتروژن به عنوان برترین سویه­ها شناخته شدند، درحالیکه سایر سویه­ها تقریباً تأثیری مشابه یکدیگر داشتند. سویه­های S17 و S3 به ترتیب به عنوان مقاوم­ترین و حساس­ترین سویه­ها به کادمیم بودند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effects of Cd Pollution on Alfalfa Growth and Nitrogen Fixation of Native Isolates of Sinorhizobium meliloti

نویسندگان [English]

  • S. Memar Kouche-bagh 1
  • H. Besharati 2
1 Former Graduate Student, Zanjan University,College of Agriculture, Soil Science Dept
2 Assistant Professor, Soil and Water Research Institute
چکیده [English]

The effects of heavy metals, as soil pollutants, on Rhizobia and symbiotic system of Rhizobium-legume are not clearly known. The aims of this study were to determine the effects of Cd on nitrogen fixation of native isolates of Sinorhizobium meliloti in Zanjan province soils. To isolate and obtain pure cultures of sinorhizobium meliloti isolates, root nodules were collected from different alfalfa farms contaminated by heavy metals, especially Cd, in Zanjan province. Plant infection tests were carried out on different strains to identify Rhizobia, then, isolates capable of nodulating were determined. Based on effectiveness of symbiosis and shoots dry weight of alfalfa in greenhouse condition, nitrogen fixation efficiency of different isolates was examined and compared with each other. The results showed that different isolates had different nitrogen fixation efficiencies and the isolates were classified into four groups, namely, very effective, effective, partially effective, and not effective. In the second part of the experiment, resistance of different sinorhizobium meliloti isolates to Cd was examined using selective medium of HEPES-MES containing different amounts of Cd. The highest concentration of heavy metals supporting growth for each isolates was determined as the maximum resistance level (MRL) and, based on it, the isolates were classified into three groups, namely, sensitive, relatively sensitive, and tolerant. In the final experiment, the effective isolates (capable of nodulating) with low and high tolerance to heavy metals were selected and used for a pot experiment. In this experiment, the effects of five sinorhizobium meliloti isolates (S6, S12, S17, S41 and S51) as inoculants, and five concentrations of heavy metals were examined on growth of alfalfa plant in a mixture of perlite and sand as media. A control and a treatment receiving 70 mg/kg N were also included in this experiment. The highest and lowest biomass yields of alfalfa were obtained for control and those treatments inoculated with resistant isolates to Cd. The S51 isolates was tolerant to Cd and had higher nitrogen fixation ability than the other isolates. The S17 and S3 were the most tolerant and the most sensitive isolates to Cd, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rhizobia
  • Nodulation
  • Sinorhizobium meliloti
  • Tolerance to Cadmium
  • Zanjan Province

مراجع

  1. حافظی، م.، نمکی شوشتری، ع.، اسرار، ز و ترکزان، م. 1388. تأثیرات غلظت­های سمی کادمیم بر میزان گره­زایی و تثبیت ازت سوش­های مختلف باکتری سینوریزوبیوم ملیلوتی (وحشی و دارای پلازمید) در گیاه یونجه (Medicago sativa). مجله زیست شناسی ایران. جلد 22، شماره 4، صفحات 635-626.
  2. سپهری، م.، صالح راستین، ن.، اسدی رحمانی، هـ . و علیخانی، ح. 1385. اثرات آلودگی خاک به کادمیم بر توان گره­زایی و تثبیت نیتروژن سویه­های بومی سینوریزوبیوم ملیلوتی (Sinorhizobium meliloti). مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. سال دهم، شماره اول، صفحات 163-153.
  3. گلچین،ا. صفوی،ع. و آتش نما، ک. 1385. گونه­های گیاهی بومی ابر جاذب Pbو Zn در استان زنجان. مجموعه مقالات همایش خاک، محیط زیست و توسعه پایدار. 17-18 آبانماه .1385.کرج. پردیس کشاورزی و منابع طبیعی.
  4. یزدان­پناه، ن.، فتوت، ا.، لکزیان، ا. و حق­نیا، غ. 1385. مجله علوم و صنایع کشاورزی، ویژه خاک، آب و هوا، جلد 22 شماره 1. صفحات 145-135.
  5. Angele, J.S., P.S. McGrath and M. A. Chaudari. 1992. Effects of media components on toxicity of Cd to Rhizobia. Water, Air ans Soil pollution. 64:627-633.
  6. Barcelo, J. and Ch. Poschenrider. 1990. Plant water relations as affected by heavy metal stress: A review. J. Plant Nutr., 13(1): 1-37.
  7. Beck, D. P., L. A. Materon, and F. Afandi. 1993. Practical Rhizobium–legume Technology Manual. Technical Manual. No.19. ICARDA, Aleppo.
  8. Benavides, M. P., S. M., Gallego, M. L. Tomaro. 2005. Cadmium toxicity in plants. Braz. J. Plant Physiol. 17(1): 21-34.
  9. En Ci, Gao, Ming, Y. X. Yu. 2005. Effect of Cadmium on growth and nitrogen fixation of Alfalfa. J. Anhui Agric. http://en.cnki.com.cn/Journal_en/D-D000-AHNY-2010-12.htm
  10. F. 2003. Nitrogen fixation of soybean and alfalfa on sew aye sludge an ended soils. Agriculture, Eco. & Env., 30(1-2): 129-136.
  11. Hungria, M., , C.M., Josephand, D.A. Philips, 1991. Rhizobium nod-gene inducers exuded naturally from roots of common bean( Phaseolus vulgaris). Plant Physiol., 97:759-764.
  12. Ibekwe, A.M., J.S. Angle, R.L. Chaney and P. van Berkum . 1996. Sewage sludge and heavy metal effects on nodulation and nitrogen fixation in legumes. J. Environ. Qual., 25: 1032-1040.
  13. Li ao, M., Y. K., Luo, X. M. Zhao, and C. Y. Huong. 2005. Toxicity of cadmium to soil microbial biomass and its activity: Effect of incubation time on Cd ecological dose in a paddy soil. Zhejiang Univ. Sci. B. 6(10): 974–980.
  14. Porter, J. R., R. P. Sheridan. 1981. Inhibition of nitrogen fixation in Alfalfa by Arsenat, Heavy metals fluoride, and simulated acid rain. Plant physiol., 68: 143-148.
  15. Sheirdil, R. A., K., Bashir, R. Hayat, and M. S. Akhtar. 2012. Effect of Cadmium on soybean (Glycine max) growth and nitrogen fixation. African J. Biotech. 11(8): 1886-1891.
  16. Villasante, C. O., R. R. Alvarez, F. F. D., Campo, R. O. Carpena-Ruiz, and L. E. Hernandez. 2005. Cellular damage induced by cadmium and mercury in Medicago sativa. J. Exp. Bot., 56 (418): 2239-2251.
  17. shende, G.B., C. Chakrabart, R.P. Rai, V.J. Nashikkar, D.G. Kshirsagar, P.B. Deshbratar and A.S. Juwarkar. 1986. Status of wastewater treatment and agricultural reuse with special reference to Indian experience and research and development needs. In: Pescod M.B. and A. Arrar(eds.) FAO regional seminar on the treatment and use of sewage effluent for irrigation. Niscosia, Cyprus. Pp. 185-209.
  18. Vincent, J.M. 1982. Nitrogen fixation in legume. Academic Press.
  19. Zabolotny, A. I., T. A., Budkevich, D. P. Bazhonov, V. E. Tsyganov. 2009. Cd accumulation in roots and nitrogen-fixing activity of root nodules in leguminous plants. Intl. Symp." Root Research and Aoolications" 2-4 september, Boku, Vienna, Austeria..
  20. Zahran, H.H. 1999. Rhizobium-Legume symbiosis and nitrogen fixation under sever conditions and in an arid climate. Microbiol. and Molec. Biol., 63:968-989.

 

پژوهش های خاک
دوره 26، شماره 3
آذر 1391
صفحه 289-301

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار