بیوپرایمینگ تریکودرما: روشی کارآمد در تغییر معماری و گسترش سیستم ریشه برنج

چکیده مبسوط: مقدمه و هدف: کم آبی و تنش خشکی از مهم ترین عوامل محدودکننده تولید گیاهان زراعی در مناطق خشک و نیمه خشک جهان به شمار می آیند. تغییرات اقلیمی، از جمله کاهش منابع آب و افزایش دما، می توانند تاثیرات قابل توجهی بر کشاورزی و به ویژه بر تولید و کیفیت دانه های غلات بگذارند. در ایران، به ویژه با توجه به شرایط اقلیمی خاص و نیاز بالای آب گیاه برنج، موضوع تنش خشکی از اهمیت ویژه ای برخوردار است .برای مقابله با تنش خشکی و افزایش مقاومت برنج، روش های مختلفی پیشنهاد شده­اند که یکی از موثرترین آن ها بیوپرایمینگ بذر است. بیوپرایمینگ به فرایند پیش تیمار بذر با استفاده از میکروارگانیسم ها یا ترکیبات زیستی اشاره دارد که به‎منظور بهبود جوانه زنی و رشد اولیه گیاهان انجام می شود. این روش به‎دلیل تاثیرات مثبت آن بر افزایش تولید محصول، بهبود حاصل خیزی پایدار خاک و افزایش مقاومت گیاه به شرایط نامساعد، اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق، فرمولاسیون های پروبیوتیک تریکودرما برای بیوپرایمینگ بذر برنج مورد استفاده قرار گرفت. تریکودرما، به‎عنوان یک میکروارگانیسم با خواص محرک رشد و زیست مهارگری، می تواند به بهبود معماری ریشه و توسعه سیستم ریشه کمک کند. هدف این مطالعه، افزایش توانمندی گیاه برنج در دسترسی به آب و بهبود مقاومت به تنش های محیطی مانند خشکی و کم آبی است. بیوپرایمینگ بذر به ویژه از طریق افزایش قدرت جوانه زنی، تقویت رشد ریشه، و بهبود توانایی گیاه در جذب آب و مواد غذایی، به کاهش اثرات منفی تنش خشکی کمک می کند. در نتیجه، استفاده از فرمولاسیون های پروبیوتیک تریکودرما می تواند به بهبود عملکرد برنج در شرایط تنش و افزایش بهره وری تولید کمک کند. مواد و روش ها: برای بررسی تاثیر بیوپرایمینگ بذر با استفاده از قارچ های Trichoderma بر بهبود سیستم ریشه و صفات مورفولوژیکی رقم هاشمی برنج (L.Oryza sativa )، آزمایش هایی در شرایط آزمایشگاهی و گلخانه ای طراحی و اجرا شدند. در مرحله اول، تیمارهای بیوپرایمینگ بر روی بذرهای پوشش دار و بدون پوشش در شرایط آزمایشگاهی اعمال شدند. تاثیر این تیمارها بر بذرهای بدون پوشش از طریق کشت متقابل تایید گردید. سپس، آزمایش بیوپرایمینگ با ۶۰ جدایه قارچ Trichoderma به صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با ۱۵ تکرار، بر روی بذرهای پوشش دار انجام شد. فاکتورهای آزمایشی شامل بیوپرایمینگ بذر برنج با ۱۰ تیمار منتخب از جدایه های Trichoderma در دو سطح کاربرد و عدم کاربرد قارچ بودند. بهترین تیمارهای حاصل از مرحله آزمایشگاهی، به طور جداگانه و در ترکیب با یکدیگر از نظر توانایی تحریک رشد ریشه و تاثیر بر صفات مورفولوژیکی در شرایط گلخانه ای بررسی شدند. شرایط کشت در گلخانه به گونه ای طراحی شد که شبیه سازی دقیقی از شرایط مزرعه ای را فراهم آورد. بذور تیمار شده در آزمایشگاه جوانه زدند و گیاهان به سینی های نشا در گلخانه منتقل شدند. سپس گیاهان به گلدان ها منتقل شدند و در فواصل زمانی یک ماهه، داده برداری از صفات مورفولوژیکی و افزودن مایه تلقیح به گلدان ها انجام شد. پس از ورود گیاهان به فاز زایشی، داده برداری از سطح ریشه، طول و تعداد ریشه ها صورت گرفت. یافته ها: تحلیل جوانه زنی بذر برنج در مراحل اولیه رشد نشان داد که تیمارهای  M۴، (M۹+M۷۴+GL۸۹)، و (M۹+G۱۳۱+M۴+GL۸۹) موجب ۱۰۰ درصد جوانه زنی بذرها شدند. تحلیل آماری داده ها نشان داد که درصد جوانه زنی در نمونه های تیمارشده به طور معنی داری بالاتر از نمونه های شاهد بود و در شرایط گلخانه ای نیز تمامی تیمارها درصد جوانه زنی بیشتری را نسبت به شاهد نشان دادند. تحلیل Heat Map، تجزیه و تحلیل واریانس و مقایسه میانگین ها نشان دادند که استفاده از Trichoderma به طور معنی‎داری (۶۸ درصد) تعداد پنجه ها، طول و تعداد ریشه ها را نسبت به تیمار شاهد افزایش داد. به ویژه، تیمار M۷۵ با تولید ۵۰ ریشه، در مقایسه با شاهد که ۲۳ ریشه داشت، بیشترین تاثیر را در افزایش تعداد ریشه ها نشان داد. همچنین، تیمار KhB۲ با طول ریشه ۳۵/۵ سانتی متر، بیشترین طول ریشه و تیمار GL۸۹ با تعداد ۲/۱۴ پنجه، بیشترین تعداد پنجه را تولید کردند. علاوه بر این، تیمار M۷۵ با طول ساقه ۸۲/۵ سانتی متر، بیشترین رشد طولی را ثبت نمود. این نتایج نشان می دهند که بیوپرایمینگ بذر برنج با Trichoderma به طور موثری می تواند ویژگی های گیاهچه ای، سیستم ریشه ای و مراحل فنولوژیکی رشد گیاه را بهبود بخشد. تحلیل های سه بعدی ریشه با استفاده از نرم افزار Image J و نقشه های حرارتی (Heat Map) برتری تیمارهای KhB۲ و GL۸۹ را در تمامی ارزیابی های مورفولوژیکی تایید کرد. این تحلیل ها به طور جامع مورفولوژی سطح ریشه تیمارهای ممتاز را با استفاده از نمودارهای سه بعدی و مقیاس Z به تصویر کشیدند. نتایج نمودار سه بعدی نشان دادند که درصد سطح ریشه ها در تیمارهای ممتاز GL۸۹ و KhB۲ به طور معنی‎داری بالاتر از تیمار شاهد بود. سطح ریشه برای تیمار KhB۲ سه برابر و برای تیمار GL۸۹ یک و نیم برابر شاهد افزایش یافت. این افزایش ها به وضوح نشان دهنده ارتقاء معنی­دار سطح مقطع ریشه ها در تیمارهای پروبیوتیک نسبت به تیمار شاهد است. این یافته ها با داده های مقایسه میانگین ها و نقشه های حرارتی هم خوانی دارند و تاثیر مثبت تیمارهای پروبیوتیک بر گسترش سطح ریشه را تایید می کنند. علاوه بر این، بررسی خواص زیست مهارگری ۱۰ جدایه منتخب Trichoderma نشان داد که این جدایه ها به طور معنی داری درصد رشد طولی و جوانه زنی اسپورهای ۱۵ قارچ پاتوژن را نسبت به شاهد کاهش دادند. در میان این جدایه ها، KhB۲  و GL۸۹ با کاهش های ۱۰۰% و %۹۳ نسبت به شاهد، به عنوان بهترین عملکردها شناسایی شدند. نتیجه ­گیری: آنالیز نهایی یافته ها نشان داد که استفاده از سویه های ممتاز قارچ تریکودرما، KhB۲ وGL۸۹، که دارای خواص زیست مهارگری و تحریک رشد بسیار خوب هستند، بیشترین تاثیر را بر افزایش طول و تعداد ریشه ها در گیاه برنج داشت. بنابراین، کاربرد فرمولاسیون های پروبیوتیک این سویه های منتخب می تواند به عنوان یک گزینه موثر برای معرفی به شالی کاران و استفاده در مزارع توصیه شود.

کلیدواژه ها:

Growth promotion ، Morpho-anatomy ، Rice ، Root architecture ، Trichoderma ، برنج ، تریکودرما ، محرک رشد ، معماری ریشه ، مورفوآناتومی