جداسازی، شناسایی و تعیین فعالیت آنزیم ACC Deaminase باکتری های غالب ریزوسفر کلزا در خاکهای شور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دوره دکتری گروه مهندسی خاک پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه مهندسی خاک پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 استادیار پژوهش موسسه تحقیقات خاک و آب

4 کارشناس موسسه تحقیقات خاک و آب

چکیده

بهره‌برداری صحیح از خاکهای شور برای نیل به حداکثر عملکرد گیاهان زراعی همواره از چالش‌های عمده بخش کشاورزی بوده است. گیاهان کاشته شده در این خاکها به طرق مختلف از شوری متأثر شده و به حداکثر رشد و عملکرد خود نمی‌رسند. یکی از راههای صدمه شوری به بعضی از گیاهان منجمله کلزا، تجمع اتیلن در ریشه است. تجمع اتیلن باعث کاهش رشد ریشه و در نتیجه افت عملکرد گیاه می‌شود. در صورت وجود باکتری‌هایی با توان تولید ACC deaminase در ریزوسفر، این امکان وجود دارد تا در این شرایط با تبدیل پیش‌ساز اتیلن (ACC) به آلفا- کتوبوتیرات و آمونیاک، سطح اتیلن در گیاه میزبان کاهش یابد. لذا با توجه به اهمیت گسترش سطح زیر کشت کلزا در ایران و لزوم کشت آن در اراضی شور و لب شور ضرورت داشت تا در اولین قدم، باکتری‌هایی با صفت مذکور از ریزوسفر کلزای کاشته شده در این اراضی جداسازی و شناسایی شوند. بدین منظور تعداد 21 نمونه مرکب خاک بهمراه ریشه گیاه کلزا از 21 منطقه تحت کشت آن در اراضی شور و نسبتاً شور استانهای قم و قزوین تهیه شد. پس از تعیین برخی مشخصات شیمیایی و بیولوژیکی نمونه‌های خاک، تعداد 105 جدایه از خاک ریزوسفری کلزا انتخاب گردید. براساس توانایی رشد جدایه‌ها در محیط حداقل DF حاوی ACC بعنوان تنها منبع نیتروژن مشخص گردید که تعداد 15 جدایه دارای توان تولید  ACC deaminase بودند. شناسایی این جدایه‌ها با استفاده از نتایج آزمونهای میکروسکوپی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی مندرج در کتاب سیستماتیک باکتریولوژی Bergey نشان داد که کلیه جدایه‌ها در گروه سودوموناسهای فلورسنت قرار می‌گیرند. آزمون‌های مربوط به تعیین گونه نیز نشان داد که 14 جدایه متعلق به گونه  P. fluorescens بودند. در خصوص یکی از جدایه‌ها نیز به دلیل عدم تطابق نتایج با مندرجات کتاب Bergey، به صورت Pseudomonas  sp.  معرفی گردید. همچنین نتایج بدست آمده از اندازه‌گیری فعالیت آنزیم  ACC deaminase جدایه‌ها نشان دادکه فعالیت این آنزیم در جدایه‌های مورد آزمایش متفاوت بوده و از 43/1 تا 17/8 میکرومول آلفا- کتوبوتیرات برمیلی گرم در ساعت متغییر بود. با توجه به نتایج بدست آمده و مقایسه این داده با داده‌های سایر محققین این امیدواری وجود دارد تا تلقیح بذر کلزا با جدایه‌های فوق اثرات منفی تنش شوری را تعدیل نماید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Isolation, Identification and Determination of ACC Deaminase Activity in Canola Rhizobacteria Isolated from Saline Soils

نویسندگان [English]

  • A. R. Akhgar 1
  • N. Saleh-Rastin 2
  • K. Khavazi 3
  • A. Shoaraye Nejati 4
1 Ph. D. Student of Soil Biology, University of Tehran
2 Associate Pofessor at University of Tehran
3 Assistant Professor, Soil and Water Research Institute
4 Expert, Soil and Water Research Institute
چکیده [English]

The proper use of saline soils to produce maximum yield of crop plants has always been a big challenge in the agricultural sector. Plants, cropped in saline soils, are affected by salinity through different ways and hence, they may not reach their maximum yield. Ethylene accumulation in the roots is one of these ways, being harmful to the plants such as canola (Brassica napus). Ethylene accumulation reduces root growth and hence crop yield. If there are ACC deaminase producing bacteria in the rhizosphere, it may be likely that these bacteria change ACC precursor to a-ketobutyrate and ammonium, resulting in the decreased ethylene level in the host plant. Hence, with respect to the importance of developing canola cropping area in Iran and the necessity to plant it in saline and relatively soils, it seemed necessary that in the first step, some bacteria, with the mentioned ability, be isolated and identified. For this reason 21 combined soil samples along with the canola roots were collected from the saline and relatively saline soils of Qom and Qazvin provinces. After determining some chemical and biological properties of the soil samples, 105 strains were selected from the soil rhizosphere of canola. According to the growing abilities of the strains in the minimum media of DF having ACC, as the only source of nitrogen, it was determined that 15 strains had the ability to produce ACC deaminase. Identifying these strains, according to the microscopy, physiological and biochemical characters, mentioned in the Bergey book, entitled, Systematic Bacteriology, showed that all the strains belonged to the group of fluorescent Pseudomonads. According to the tests, related to strain determination, 14 strains were identified as P. fluorescens. Due to the lack of accordance with the characters in the Bergey book one of the strains was identified as Pseudomonas sp. Also measuring ACC deaminase activity showed that the activity of this enzyme in the isolated strains differed from 1.43 to 8.17 mmol a-ketobutyrate/mg/hr. According to our results and in comparison with the results of other researchers, it may be beneficiary to inoculate canola seed with the identified strains to alleviate the stressful effects of salinity on canola growth and, hence yield.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ACC deaminase
  • Pseudomonas
  • Canola

مراجع

  1. Abdallah, M. A. 1991. Pyoverdins and pseudobactins, In Winkelmann (ed.) Handbook of Microbial Iron Chelates. CRC. Press, Inc., Boca Rato, Fla.
  2. Abeles, F.B., D.W. Morgan and M. E. Saltveit Jr. 1992. Ethylene in Plant Biology. 2nd (ed). Academic Press, New York.
  3. Adolphe, D. 1980. Canola rapeseed corn. Agriculture Canada CPS Food, Ltd. University of Saskatchewan.
  4. Atlas, R. M.1993. Handbook of microbiological media. L. C. Parks. (ed) CRC Press Inc.
  5. Belimov, A. A., V. I. Safronova, T. A. Sergeyeva, T. N. Egorova, V. A. Matveyeva, V. E. Tsyganov, A. Y. Borisov, I. A. Tikhonovich, C. Kluge, A. Preisfeld, K. J. Dietz, and V.V. Stepanok. 2001. Characterization of plant growth promoting rhizobacteria isolated from polluted soil and containing 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase. Can . J . Microbiol.  47: 642-652.
  6. Belimov, A. A., N. Hotzeas, V. I. Safronova, S.V. Demchinskaya, G. Piluzza, S. Bullitta, and B . R. Glick. 2005. Cadmium-tolerant plant growth- promoting bacteria associated with the roots of Indian mustard (Brassica juncea Czern.). Soil Biol . Biochem. 37: 241-250.
  7. Benizri, E., A. Courtade, C. Picard, and A. Guchert. 1998. Role of maize root exudates in the production of auxins by Pseudomonas fluorescens. Soil Biol. Biochem. 30: 1481-1484.
  8. Bossis, E., P. Lemenceau, X. Latour, and L. Gardan, 2000. The taxonomy of pseudomonas fluorescens and pseudomonas putida: current status and need for revision. Agron. 20: 51-63.
  9. Boven, G. D., and A. D. Rovira. 1999. The rhizosphere and its management to improve plant growth. Advances in Agronomy 66: 1-102.
  10. Bradford, M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72: 248-258.
  11. Brimecombe, M. J., F. A. De Leij, and J. M. Lynch. 2001. The effect of root exudates on rhizosphere microbial populations. In Pinton, Z. Varanini, P. Nannipieri, (eds.) The Rhizosphere. Marcel Dekker, New York, pp:  95-140.
  12. Burd, G. I., D. G. Dixon, and B. R. Glick. 1998. A plant growth promoting bacterium that decreases nickel toxicity in plant seedlings. Appl . Environ. Microbiol. 64: 3663-3668.
  13. Burd, G. I ., D. G. Dixon, and B. R. Glick. 2000. Plant growth promoting bacteria that decrease heavy metal toxicity in plants. Can . J . Microbiol. 46: 245-247.
  14. Burdman, S., E. Jurkevitch, and Y. Okon. 2000. Recent advances in the use of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) in agriculture. In S. Subba Rao and Y. R. Domergues (eds.) Microbial Interactions in Agriculture and Forestry. Science Publisher. Inc. pp: 229-242.
  15. Davison, J . 1988. Plant beneficial bacteria. Biotech. 6: 282-286.
  16. Dworkin, M. and J. Foster. 1958. Experiments with some microorganisms which utilize ethane and hydrogen J. Bacteriol. 75:592-601.
  17. Glick, B . R. 1995. The enhancement of plant growth by free-living bacteria. Can. J. Microbiol. 41: 109-117.
  18. Glick, B. R., D. M. Penrose, and J. Li. 1997a. A model for the lowering of plant ethylene concentration by plant growth- promoting bacteria. J. Theor. Biol. 190: 63-68.
  19. Glick, B . R., C. Liu, S. Ghosh, and E . B. Dumbroff. 1997b. Early development of canola seedlings in the presence of the root elongation. Soil Biol. 29: 1233-1239 .
  20. Glick, B . R. 2005. Modulation of plant ethylene levels by the bacteria enzyme ACC deaminase. FEMS Microbiol. Let. 251: 1-7
  21. Glick, B . R., D. M. Karaturovic, and P.C. Newell. 1995. A novel for rapid isolation of plant growth-promoting pseudomonads. Can . J . Microbiol. 41: 533-536
  22. Grichko, V. P., and B .R. Glick. 2001. Amelioration of flooding stress by ACC deaminase-containing plant growth-promoting bacteria. Plant Physiol. Biochem. 39: 11-17 .
  23. Hall, J . A., D. Peirson, S. Ghosh, and B . R. Glick. 1996. Root elongation in various agronomic crops by the plant growth-promoting rhizobacterium Pseudomonas putida GR12-2 . Israel Plant  Sci.  44: 37-42 .
  24. Hyodo, H. 1991. Stress/wound ethylene. In K. Matoo and J. C. Suttle (eds.) The Plant Hormone Ethylene. CRC Press . Boca Raton, FL . pp: 65-80 .
  25. Jacobson, C. B., J. J. Pasternak, and B. R. Glick. 1994. Partial purification and characterization of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase from the plant growth promoting rhizobacterium Pseudomonas putida GR12-2. Can. J. Microbiol. 40: 1019-1025.
  26. Jia, Y.J., H. Ito, and M. Honma, 2000. 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase induced by ACC synthesized and accumulated in Penicillium citrinum intracellular spaces. Biosci. Biotechnol. Biochem. 64: 299-305.
  27. Klee, H . J., M . B. Hayford, K . A. Kretzmer, G . F. Barry, and G . M. Kishore. 1991. Control of ethylene synthesis by expression of a bacterial enzyme in transgenic tomato plants. Plant Cell.  3: 1187-1193.
  28. Kloepper, J . W., R. Lifshittz, and R . M. Zablotowicz. 1989. Free-living bacterial inocula for enchancing crop productivity. Trends Biotechnol. 7: 39-43.
  29. Krieg, N. R. 1984. Bergey,s Manual of Systematic Bacteriology. Vol(1). Williams & Wilkins Press.
  30. Ma, W., S. B. Sebestianova, J. Sebestian, G. I. Burd, F. C. Guinel, and B . R. Glick. 2003a. Prevalence of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase in Rhizobium Antonie Van Leeuwenhoek. 83: 285-291
  31. Ma, W., F. C. Guinel, and B . R. Glick. 2003b. Rhizobium leguminosarum biovar viciae 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase promotes nodulation of pea plants. Appl . Environ. Microbiol. 69: 4396-4402
  32. Mac Faddin, J. F. 1980. Biochemical tests for identification of medical bacteria. 2nd (ed) Waverly Press, Inc.
  33. Mass, E .V., and G. J. Hoffman. 1977. Crop salt tolerance: Current assessment. J. Irrigation Drain. 103: 115- 134.
  34. Mayak, S., T. Tirosh, and B. R. Glick. 2004a. Plant growth-promoting bacteria that confer ressistance to water stress in tomatoes and pepers. Plant Science. 66: 525-530.
  35. Mayak, S., T. Tirosh, and B .R. Glick. 2004b. Plant growth-promoting bacteria that confer ressistance in tomato plant to salt stress. Plant Physiol. Biochem. 42: 565-572.
  36. Minami, R., K. Uchiyama, T. Murakami, J. Kawai, K. Mikami, and T. Yamada. 1998. Properties, sequence and synthesis in coli of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase from Hansenula saturnus. J. Biochem. 123: 1112-1118.
  37. Penrose, D. M., and B. R. Glick, 2003. Methods for isolating and characterizing ACC deaminase-containing plant growth-promoting rhizobacteria. Physiol. Plant 118: 10-15.
  38. Rennie, R. J. 1980. A single medium for the isolation of acetylene-reducing (dinitrogen - fixing ) bacteria from soils. Can. J. Microbiol. 27: 8-14.
  39. Schaad, N. W. 2001. Laboratory guide for identification of plant phathogenic bacteria. 3nd (ed). APS Press
  40. Shah, S., J. Li, B. A. Moffatt, and B. R. Glick. 1998. Isolation and characterization of ACC deaminase genes from two different plant growth promoting rhizobacteria. Can. J. Microbiol. 44:  833-843.
  41. Suslow, T. V., and M. N. Schroth. 1982. Rhizobacteria of sugerbeens: effects of seed application and root colonization on yield. Phytopathol. 72: 199-206.
  42. Thornley, M. J. 1960. The identification of Pseudomonads from other gram- negative bacteria on the basis of arginine metabolism. Appl. 13: 37-52.
  43. Vlassak, K., L. V. Holm, L. Duchateau, J. Vanderleyden, and R. D. Mot. 1992. Isolation and characterization of fluorescent pseudomonas associated with the roots of rice and banana growth in Srilanka. Plant   145: 51-63.
  44. Wang, C., D. Wang, and Q. Zhou. 2004. Colonization and persistence of a plant growth promoting bacterium pseudomonas fluorescens strain CS85, on roots of cotton seedlings. Can . J. Microbiol. 50: 475-481
  45. Whipps, J. M. 1990. Carbon economy. In M. Lynch (ed.) The Rhizosphere. Jonh Wiley & Sons, New York.  pp: 59-97.

 

پژوهش های خاک
دوره 22، شماره 1
خرداد 1387
صفحه 69-81

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار