اثر باکتری‌های ‏Bacillus pumilus‏ و ‏Zhihengliuella ‎halotolerans‏ بر رشد رویشی و محتوای یونی گیاه اشنان ‏‎(Seidlitzia rosmarinus Bunge ex Boiss)‎‏ تحت تنش ‏گردوغبار

مقدمه.

باتوجه‌به اهمیت صنعت دامداری در اشتغال، بهبود وضع اقتصادی و تأمین بخشی از پروتئین موردنیاز جامعه (Norman et al., 2016)، ضروریست در راستای بهبود وضعیت مراتع در مناطق خشک و بیابانی به‌منظور تولید علوفۀ کافی اقداماتی انجام شود. شناخت پتانسیل‌های موجود در مناطق بیابانی، شناسایی و معرفی گیاهان وفق‌پذیر با شرایط به‌منظور تعدیل شرایط سخت و شکننده و تولید علوفه اهمیت زیادی دارد. در نواحی شور و بیابانی با بارندگی اندک، کاشت گیاهان هالوفیت به‌عنوان یکی از راهکاری مناسب برای تولید ذخیرۀ باارزش علوفه‌ای پیشنهاد شده است (Duarte & Cacador, 2021)؛ یکی از گیاهان هالوفیت، اشنان (Seidlitzia rosmarinus Bunge ex Boiss) است که بخش مهمی از فلور مناطق بیابانی ایران را تشکیل می‌دهد و نقشی اساسی در حفاظت خاک و جیرۀ غذایی شتر و گوسفند در مناطق بیابانی ایفا می‌کند (Dereje & Uden, 2005).

در مناطق بیابانی، تنش‌های محیطی بر گیاهان اثر می‌کنند و ساختار مورفولوژیک و فیزیولوژیک گونه‌های شورپسند (گونه‌های غالب در این مناطق) را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند (Najafi Zilaie et al., 2022a) و رشد و تولید این گیاهان را که می‌توانند کاربرد علوفه‌ای داشته باشند، محدود می‌کنند. کشور ایران در معرض وقوع پدیدۀ گردوغبار در مقیاس محلی و نیز در مقیاس منطقه‌ای و جهانی قرار دارد و طی سال‌های اخیر، این پدیدۀ زیست‌محیطی با شدت بیشتر مناطق غرب، شرق و حتی مرکز ایران را دربرگرفته است (Rashki et al., 2014). این ذرات سبب بسته‌شدن دهانۀ روزنه‌های برگ (که حدود 5 تا 7 میکرومتر است)(Siqueira-Silva et al., 2016) و افزایش دمای برگ، تهویه‌نشدن مناسب، انجام‌نشدن تعرق و عدم ورود کربن‌دی‌اکسید به برگ می‌شوند و تجمع آنها سبب ایجاد حالت سایه بر گیاه می‌شود و فتوسنتز در برگ را کاهش می‌دهد (Mohammadi et al., 2018)؛ همانند دیگر تنش‌ها، گردوغبار آثار زیانباری بر ویژگی‌های بیوشیمیایی، فیزیولوژیک (Taheri Analojeh et al., 2016) و مورفولوژیک (Najafi Zilaie et al., 2022b) و نیز پتانسیل تولید گیاهان علوفه‌ای (Zilaie et al., 2022) دارد و با کاهش ذخیرۀ رطوبتی، بروز آفت‌ها و امراض و پیشگیری از نفوذ نور خورشید بر تولید گیاهان اثر منفی می‌گذارد (Karimi et al., 2018). ذرات گردوغبار به‌مدت طولانی بر برگ‌ها، شاخه‌های جوان و سطح تنۀ گیاهان می‌نشینند و این امر بیشتر در محیط‌های بیابانی که کمی باران مانع حذف ذرات گردوغبار از سطح برگ‌ها و بخش‌های دیگر گیاه می‌شود، صدق می‌کند (Grantz et al., 2003).

یکی از راهکارهای زیستی برای مقابله با تنش‌های محیطی که راهکاری محتمل برای افزایش تولید علوفۀ مراتع به شمار می‌آید (Hungria et al., 2021)، استفاده از باکتری‌های محرک رشد گیاه است که در شرایط تنش، گیاه را حمایت می‌کنند و مانع توقف رشد آن می‌شوند (Amini et al., 2021). باکتری‌های محرک رشد با تولید هورمون‌های گیاهی، آمینواسیدها، حلالیت فسفات‌های معدنی و پتاسیم معدنی، تثبیت نیتروژن (Noori et al., 2018)، تشکیل سیدروفورهای کمپلکس‌کنندۀ آهن و مقابله با عوامل بیماری‌زای گیاهی از طریق تولید سیانیدهیدروژن، رشد و عملکرد گیاهان را بهبود می‌بخشند (Amini et al., 2021)؛ علاوه‌براین، باکتری‌های یادشده به‌طور مستقیم و غیرمستقیم از طریق سازوکارهای مختلف تعدیل و تنظیم پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان سبب افزایش تحمل و بقای گیاهان در برابر تنش‌ها می‌شوند (Orozco-Mosqueda et al., 2021).

پژوهشگران متعددی به نقش مؤثر باکتری‌های محرک رشد بر افزایش رشد و عملکرد گیاهان به‌ویژه گیاهان علوفه‌ای اشاره کرده‌اند (Hajiabadi et al., 2022). Hungria et al. (2021) اثر باکتری‌های محرک رشد Azospirillum brasilense و Pseudomonas fluorescens بر رشد، تولید زیست‌توده و ذخیرۀ غذایی گونۀ علوفه‌ای Urochloa spp. را به دو شکل تلقیح بذربا باکتری‌ها و محلول‌پاشی روی برگ بررسی کردند و یافته‌های آنها نشان دادند استفاده از باکتری‌های انتخاب‌شده به‌عنوان راهکار دوستدار محیط‌زیست در هر دو روش تلقیح و محلول‌پاشی سبب افزایش تولید علوفه و ارزش غذایی آن برای دام‌ها می‌شود. Heinrichs et al. (2020) در پژوهشی طی دو سال به بررسی تأثیر باکتری محرک رشد Azospirillum brasilense و کود نیتروژن بر تولید تودۀ خشک ریشه و ساقه و وضعیت غذایی گونۀ مرتعی Urochloa brizantha پرداخته شد و نتیجه گرفتند تلقیح بذر گونۀ یادشده با باکتری محرک رشد سبب افزایش 13 درصدی زیست‌تودۀ خشک ساقه طی سال اول و افزایش 6 درصدی آن طی سال دوم می‌شود. نتایج Tshewang et al. (2020) از بررسی اثر تلقیح باکتری‌های محرک رشد گیاه بر رشد پنج گونۀ مرتعی نشان‌دهندۀ افزایش زیست‌تودۀ ساقه و ریشه و عناصر غذایی نیتروژن، فسفر و پتاسیم بود.

اگرچه گیاه اشنان تحمل‌پذیری زیادی نسبت به شرایط بیابانی دارد (Zilaie et al., 2022)، اطلاعات چندانی در زمینۀ تأثیر گردوغبار بر شاخص‌های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و محتوای یونی و همچنین تأثیر کاربرد باکتری‌های محرک رشد بر کاهش تنش یادشده در این گیاه در دست نیست. پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر تلقیح دو باکتری محرک رشد گیاه Bacillus pumilus و Zhihengliuella halotolerans روی برخی ویژگی‌های مورفولوژیک، فیزیولوژیک و محتوای یونی گیاه اشنان در شرایط گردوغبار طراحی و اجرا شد.

مواد و روش‌ها

آزمایش گلخانه‌ای

نهال‌های سه‌ماهۀ اشنان از مرکز تکثیر گیاهان مرتعی ادارۀ کل منابع طبیعی استان یزد تهیه شدند. نهال‌های هم‌اندازه و هم‌شکل به گلدان‌های زهکش‌داری به ارتفاع 18 سانتی‌متر و دهانۀ 20 سانتی‌متر محتوی چهار کیلوگرم خاک با سه واحد خاک زراعی بدون هوموس و یک واحد ماسه بادی منتقل (جدول 1) و در محل گلخانه با شرایط 16 ساعت نور و 8 ساعت تاریکی، دمای 2±25 درجۀ سانتی‌گراد و رطوبت 60 درصد نگهداری شدند (هر گلدان حاوی یک نهال). در پژوهش حاضر، تأثیر باکتری‌های محرک رشد گیاه بر ویژگی‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک گونۀ اشنان تحت‌تأثیر تنش گردوغبار به‌شکل آزمایش فاکتوریل سه‌عاملی در چارچوب طرح بلوک کاملاً تصادفی و در سه تکرار به‌مدت پنج ماه در گلخانۀ دانشکدۀ منابع طبیعی و کویرشناسی دانشگاه یزد طی سال 1399 بررسی شد. تیمارهای پژوهش حاضر شامل فاکتور اول: باکتری محرک رشد گیاه (در سه سطح بدون تلقیح باکتری، تلقیح با باکتری Bacillus pumilus، تلقیح با باکتری Zhihengliuella halotolerans)، فاکتور دوم: گردوغبار (در دو سطح بدون گرد و غبار و اعمال گرد و غبار) بودند.

جدول 1- برخی از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی نمونۀ خاک استفاده‌شده در آزمایش حاضر

Table 1- Some of the physical and chemical properties of the soil used in this experiment

تهیه و تلقیح باکتری‌ها

دو نوع باکتری محرک رشد گیاه Bacillus pumilus و Zhihengliuella halotolerans برای آزمایش در پژوهش حاضر در نظر گرفته شدند. سویه‌های این دو باکتری از ریزوسفر گیاهان شورپسند مارونگ (Bacillus pumilus) و اشنان (Zhihengliuella halotolerans) که پیش از این، Amini et al. (2021) خالص‌سازی و صفت‌های محرک رشدی آنها را تعیین و اثر مثبت آنها روی گندم را ارزیابی کرده بود، استفاده شد.

به‌منظور تلقیح نهال‌ها، یک ارلن مایر 100 میلی‌لیتری حاوی 50 میلی‌لیتر محیط‌کشت نوترینت‌براث به ازای هر سویۀ باکتری تهیه شد. به‌منظور تهیۀ مایۀ تلقیح، یک کلنی خالص از هر باکتری برداشته و در شرایط استریل به ارلن حاوی محیط‌کشت افزوده شد. ارلن هر باکتری روی شیکر با سرعت 120 دوردردقیقه و دمای 28 درجۀ سانتی‌گراد قرار داده شد. پس از 48 ساعت، مایۀ تلقیح سویه‌ها با جمعیت تقریبی 10⁸×3 سلول بر میلی‌لیتر آمادۀ مصرف شد (تنظیم جمعیت باکتری با دستگاه اسپکتروفتومتر انجام شد تا تمام سویه‌های باکتری جمعیت یکسانی داشته باشند).

سوسپانسیون دو باکتری یادشده به مقدار 5 میلی‌لیتر و در دو نوبت از محل ریشه به گیاهان تلقیح شد؛ نوبت اول تلقیح، در شروع آزمایش گلخانه و در زمان انتقال نهال‌ها به گلدان‌های بزرگ‌تر و نوبت دوم تلقیح، یک ماه پس از اعمال تنش گردوغبار انجام شد؛ به گیاهان شاهد تنها محلول نوترینت‌براث بدون باکتری اعمال شد.

اعمال تیمار گردوغبار

یک ماه پس از استقرار نهال‌ها در گلدان، تیمار گردوغبار اعمال شد. غباردهی با دستگاه شبیه‌ساز Dustin-Miser (مدل 1212 Includes Deflector، شرکت Earth Duster، آمریکا) در محل گلخانه انجام شد. مقدار غبار ریزشی برابر 5/1 گرم بر مترمربع در ماه و یک بار در هفته بر اساس نتایج  Ahmadi Foroushani et al., (2021) که نشان دادند غبار ریزشی در منطقۀ مطالعه‌شده برابر 4/8 گرم بر مترمربع در ماه طی فصل تابستان و برابر 5/3 گرم بر مترمربع در ماه طی فصل بهار اتفاق می‌افتد، اعمال شد؛ در هر بار اعمال گردوغبار، تمام گیاهان شاهد از گلخانه خارج شدند تا غبار روی آنها قرار نگیرد. به‌منظور تهیۀ گردوغبار از نمونۀ خاک کانون گردوغباری جنوب‌شرقی اهواز، حدفاصل بزرگراه اهواز- ماهشهر استفاده شد (جدول‌های 2 و 3)؛ این مکان بر اساس پژوهش‌های انجام‌شده در زمینۀ منشأیابی گردوغبار در استان خوزستان و تعیین کانون‌های بحرانی انتخاب شد (AREEO, 2018).

جدول 2- غلظت عناصر اصلی گردوغبار با استفاده از دستگاه  OES-ICP

Table 2- The concentration of main elements in dust samples by OES-ICP

پس از ریختن غبار درون دریچۀ دستگاه شبیه‌ساز، مقدار غبار ریزشی برحسب گرم بر مترمربع با استفاده از تله‌ای به ابعاد 3/2×6/1 مترمربع کنترل شد. غباردهی به‌مدت پنج ماه با فاصلۀ زمانی یک هفته انجام شد.

جدول 3- غلظت عناصر سنگین گردوغبار نمونه‌های به‌کاررفته

Table 3- The concentration of heavy metals in dust samples

اندازه‌گیری صفت‌های فیزیولوژیکی، مورفولوژیکی و محتوای یونی

پس از اتمام مراحل تیماردهی، نهال‌های مدنظر برای انجام آزمایش‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک نمونه‌برداری شدند. اندازه‌گیری مقدار پرولین برگ به روش Bates et al. (1973) و قندهای محلول به روش Kochert (1978) انجام ‌شد؛ به‌منظور اندازه‌گیری محتوای یونی شامل آهن، منیزیم، منگنز، فسفر، سدیم، پتاسیم و کلسیم، عصارۀ نمونه‌ها با هضم به روش سوزاندن خشک و ترکیب با HCL تهیه شد و سپس درعصاره‌های تهیه شده، غلظت آهن، منیزیم و منگنز با دستگاه جذب اتمی

مدل AA-6200 شرکت شیمادزو ژاپن (Waling et al.,1989) و عناصر سدیم، پتاسیم و کلسیم به روش نشر شعله‌ای و با دستگاه فلیم‌فتومتر و فسفر با دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه‌گیری شد. در این مرحله، ویژگی‌های مورفولوژیکی (وزن خشک اندام هوایی و ریشه، ارتفاع ساقه و قطر یقه) نیز اندازه‌گیری شدند. به‌منظور تعیین وزن خشک اندام‌های هوایی و زمینی گیاه، اندام هوایی و ریشه از هم جدا شدند و به‌مدت 72 ساعت در دمای 70 درجۀ سانتی‌گراد درون دستگاه آون قرار گرفتند و پس‌ازآن، وزن با ترازوی حساس 001/0 گرم تعیین شد. ارتفاع ساقه با خط‌کش و دقت سانتی‌متر اندازه‌گیری شد. محل اندازه‌گیری ارتفاع ساقه از قسمت یقه تا نوک جوانۀ انتهایی بود. قطر یقه با کولیس و دقت 1/0 میلی‌متر اندازه‌گیری شد. در نهایت، دو شاخص زیست‌تودۀ خشک کل (مجموع وزن خشک ریشه و اندام هوایی) و شاخص کیفیت نهال بر اساس رابطۀ (1) محاسبه و بررسی شدند (Dickson et al., 1960).

(رابطۀ 1):

به‌منظور تجزیه‌و‌تحلیل داده‌های حاصل از شاخص‌های مختلف اندازه‌گیری‌‌شده از نرم‌افزار SPSS16 استفاده شد و نمودارها در نرم‌افزار Excel رسم شدند. پس از اطمینان از نرمال‌بودن داده‌ها با استفاده از آزمون کلموگروف- اسمیرنوف، اختلاف سطوح مختلف تیمارها به‌شکل آنالیز داده‌ها با آزمون تجزیه واریانس و در نهایت، مقایسه میانگین‌ها با آزمون دانکن (05/0α=) بررسی شد.

نتایج

نتایج تجزیه واریانس نشان دادند برهم‌کنش باکتری×گردوغبار بر غلظت پرولین، قندهای محلول، سدیم، پتاسیم، نیتروژن، فسفر، کلسیم، منیزیم و تودۀ خشک نهال‌های اشنان معنادار است؛ همچنین نتایج تجزیه واریانس نشان دادند فاکتور باکتری به‌تنهایی بر غلظت منگنز و آهن و فاکتور گردوغبار به‌تنهایی بر آهن و شاخص کیفیت نهال در نهال‌های اشنان معنا‌دار است (جدول 4).

پرولین

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 1) نشان دادند اعمال تیمار گردوغبار به‌تنهایی (بدون باکتری) مقدار پرولین را 38 درصد افزایش می‌دهد. سویه‌های Z. halotolerans و B. pumilus به‌ترتیب باعث کاهش معنادار پرولین به مقدار 80 و 38 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و 74 و 33 درصد در شرایط اعمال تیمار گرد‌و‌غبار شدند.

قندهای محلول

باتوجه‌به نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 2)، اعمال تیمار گردوغبار توانست مقدار قندهای محلول را 125 درصد افزایش دهد. سویۀ halotolerans Z. قندهای محلول را به مقدار 27 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و 18 درصد در شرایط اعمال تیمار گردوغبار نسبت به شاهد کاهش داد. سویۀ B. pumilus سبب کاهش معنادار قندهای محلول به مقدار 30 و 33 درصد به‌ترتیب در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و در شرایط اعمال تیمار گردوغبار شد.

جدول 4- نتایج تجزیه واریانس صفت‌های فیزیولوژیکی، مورفولوژیکی و محتوای یونی اشنان

Table 4- Analysis of variance for physiological, morphological characteristics and ionic content in S. rosmarinous

**، * و ns به‌ترتیب معنادار در سطح 1 درصد، 5 درصد و غیرمعنادار

**, *, ns: significant at p≤0.01, significant at p≤0.05, non-significant respectively

شکل 1- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر پرولین برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معناداری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 1- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of proline in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

شکل 2- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر قندهای محلول برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معناداری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 2- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of soluble sugar in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

سدیم

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 3) نشان دادند اعمال تیمار گردوغبار (بدون باکتری) مقدار سدیم را 21 درصد افزایش می‌دهد؛ همچنین کاربرد سویه‌های halotolerans Z. و B. pumilus به‌ترتیب باعث کاهش معنادار سدیم به مقدار 48 و 35 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و 52 و 37 درصد در شرایط اعمال تیمار گردوغبار شدند.

پتاسیم

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 4) نشان دادند سویۀ Z. halotolerans باعث افزایش معنادار پتاسیم به مقدار 201 و 192 درصد به‌ترتیب در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و در شرایط اعمال تیمار گردوغبار می‌شود. سویۀ B. pumilus سبب افزایش معنادار پتاسیم به مقدار 122 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و افزایش 106 درصدی در شرایط اعمال تیمار گردوغبار شد.

نیتروژن

باتوجه‌به نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 5)، اعمال تیمار گردوغبار به‌تنهایی مقدار نیتروژن را 13 درصد کاهش داد. سویۀ Z. halotolerans سبب افزایش معنا‌دار نیتروژن به مقدار 35 و 20 درصد به‌ترتیب در شرایط بدون اعمال تیمار گروغبار و در شرایط اعمال تیمار گردوغبار شد. سویۀ B. pumilus باعث افزایش معنادار نیتروژن به مقدار 19 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار شد.

شکل 3- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر سدیم برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 3- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of sodium S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

شکل 4- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر پتاسیم برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 4- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of potassium S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

شکل 5- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر نیتروژن برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 5- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of Nitrogen in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

فسفر

باتوجه‌به نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 6)، کاربرد گردوغبار به‌‌تنهایی (بدون باکتری) مقدار فسفر را 13 درصد کاهش داد. در شرایط بدون اعمال گردوغبار، تلقیح با باکتری Z. halotolerans سبب شد فسفر نسبت به شاهد 12 درصد افزایش یابد. مقدار فسفر در تلقیح نهال‌ها با باکتری‏های halotolerans Z. و B. pumilus در شرایط گردوغبار نسبت به شاهد معنادار بود.

آهن

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل‌های 7 و 8) نشان دادند اعمال تیمار گردوغبار به‌تنهایی مقدار آهن را 11 درصد کاهش می‌دهد و سویۀ Z. halotolerans سبب افزایش معنادار آهن به مقدار 12 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار می‌شود.

شکل 6- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر فسفر برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 6- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of Phosphorus in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

شکل 7- تأثیر گردوغبار بر آهن برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 7- Effect of dust stress on the amounts of Iron in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

کلسیم

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 9) نشان دادند سویۀ Z. halotolerans میزان کلسیم را به مقدار 82 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و 48 درصد در شرایط اعمال تیمار گردوغبار نسبت به شاهد افزایش می‌دهد. سویۀ B. pumilus باعث افزایش معنادار میزان کلسیم به مقدار 42 و 36 درصد به‌ترتیب در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و در شرایط اعمال تیمار گردوغبار شد.

منیزیم

نتایج مقایسه میانگین‏ها (شکل 10) نشان دادند اعمال تیمار گردوغبار به‌تنهایی مقدار منیزیم را 25 درصد کاهش می‌دهد. سویۀ Z. halotolerans باعث افزایش معنادار منیزیم به مقدار 41 و 37 درصد به‌ترتیب در شرایط بدون اعمال و در شرایط اعمال گردوغبار شد. سویۀ B. pumilus باعث افزایش معنادار منیزیم به مقدار 21 درصد در شرایط بدون گردوغبار و افزایش 28 درصدی در شرایط اعمال تیمار گردوغبار شد.

شکل 8- تأثیر باکتری بر آهن برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 8- Effect of bacteria on the amounts of Iron in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

منگنز

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 11) نشان دادند سویه‌های Z. halotolerans و B. pumilus به‌ترتیب سبب افزایش معنادار منگنز به مقدار 31 و 16 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار می‌شوند.

شکل 9- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر کلسیم برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 9- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of Calcium in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

شکل 10- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر منیزیم برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 10- The effects of bacteria and dust stress on the amounts of Magnesium in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

شکل 11- تأثیر باکتری بر منگنز برگ گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 11- Effect of bacteria on the amounts of Manganese in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

زیست‌تودۀ خشک کل

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 12) نشان دادند سویۀ Z. halotolerans سبب افزایش معنادار زیست‌تودۀ خشک کل به مقدار 67 و 30 درصد به‌ترتیب در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و در شرایط اعمال تیمار گردوغبار می‌شود. سویۀ B. pumilus باعث افزایش معنا‌دار زیست‌تودۀ خشک کل به مقدار 25 درصد در شرایط بدون اعمال تیمار گردوغبار و 15 درصد در شرایط اعمال تیمار گردوغبار شد.

شاخص کیفیت نهال

نتایج مقایسۀ میانگین‏ها (شکل 13) نشان دادند اعمال تیمار گردوغبار به‌تنهایی مقدار شاخص کیفیت نهال را 17 درصد کاهش می‌دهد. شاخص کیفیت نهال در تلقیح نهال‌ها با باکتری‌های Z. halotolerans و B. pumilus در شرایط تیمار گردوغبار و بدون گردوغبار نسبت به شاهد معنادار نشد.

شکل 12- تأثیر متقابل باکتری و گردوغبار بر زیست‌تودۀ خشک کل گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 12- The effects of bacteria and dust stress on Dry Biomass in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

شکل 13- تأثیر گردوغبار بر شاخص کیفیت نهال گونۀ اشنان. مقادیر، میانگین 3 تکرار ± انحراف معیار (P<0.05) هستند. میانگین‌های دارای حروف مشترک، اختلاف معنا‌داری بر اساس آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.

Figure 13- Effect of dust stress on the Seedling Quality Index in S. rosmarinus. Values represent the mean of 3 replicates ± standard deviation (P<0.05). Means with different letter are significantly different based on Duncan test (α=0.05).

بحث

نتایج پژوهش حاضر نشان دادند با اعمال گردوغبار، مقدار پرولین افزایش می‌یابد. تجمع آمینواسید پرولین رابطۀ مثبتی با افزایش مقاومت گیاه به کم‌آبی در تنش‌های شوری و خشکی دارد و در صورت نیاز، گیاه پرولین را تجزیه و به‌عنوان منبع نیتروژن و انرژی استفاده می‌کند (Mosleh Arani et al., 2018). در شرایط تنش، پرولین نقش آنتی‌اکسیدانی دارد و در محافظت از ساختارهای سلولی، ساختمان ماکرومولکول‌ها و از‌بین‌بردن رادیکال‌های آزاد ایفای نقش می‌کند (Abdelaal et al., 2021). پرولین نقش بسیار مهمی در گیاهان دارد و آنها را از تنش‌های مختلف ازجمله گردوغبار محافظت می‌کند (Yaghmaei et al., 2020). افزایش محتوای پرولین با اعمال گردوغبار بیان‌کنندۀ اختلال در تبادل گازها به‌دلیل نشست گردوغبار روی سطوح گیاه است. تلقیح با باکتری‌های محرک رشد گیاه سبب کاهش محتوای پرولین در گونۀ اشنان شد و سویۀ Z. halotolerans بیشترین تأثیر را در کاهش آن داشت. باکتری‌های محرک رشد گیاه با افزایش جذب پتاسیم از طریق اسیدی‌کردن محیط ریزوسفر، افزایش جذب آب از طریق تولید اکسین و افزایش حجم ریشه در کاهش تنش مشارکت دارند و این امر، کاهش تولید پرولین را توجیه می‌کند. کاهش محتوای پرولین طی تنش‌های زیستی در تیمارهای تلقیحی با باکتری محرک رشد گیاه در مطالعه‌های دیگر نیز گزارش شده است (Abd-Allah et al., 2018).

در پژوهش حاضر با اعمال گردوغبار، میزان قندهای محلول افزایش یافت. قندهای محلول یکی از اسمولیت‌های سازگار در سلول‌های گیاهی هستند که به‌عنوان تنظیم‌کنندۀ فعالیت اسمزی فعالیت دارند و هنگام بروز تنش محیطی مانند شوری بر محتوای این ترکیبات در سلول افزوده می‌شود (Singh & Jha, 2016)؛ دلیل این افزایش در شرایط تنش را می‌توان کاهش میزان فتوسنتز، شکستن قندهای بزرگ (نشاسته) به قندهای کوچک (گلوکز) یا مصرف کمتر کربوهیدرات توسط گیاه دانست (Karimi et al., 2009). افزایش و تجمع قندهای محلول واکنشی سریع نسبت به تغییرات میزان محتوای نسبی آب و پتانسیل آب برگ‌هاست که کاهش پتانسیل اسمزی و به‌دنبال آن، پتانسیل آبی را سبب می‌شود و جذب آب به سلول‌ها را آسان می‌کند. فرونشست و تجمع ذرات ریز گردوغبار روی سطوح اندام‌های هوایی گیاه، آثار سو و نامطلوبی بر کربوهیدرات و قندهای محلول هالوفیت‌ها دارد (Amal & Mohamed, 2012) که در نهایت سبب کاهش تولید اولیۀ آن می‌شود (Meravi et al., 2021). به نظر می‌رسد با تجمع گردوغبار و ایجاد حالت سایه بر سطح گیاه، فتوسنتز برگ کاهش می‌یابد و در نهایت به شکستن قندهای بزرگ و افزایش قندهای محلول منجر می‌شود. تلقیح با باکتری‌های محرک رشد گیاه سبب کاهش قندهای محلول در گونۀ اشنان شد و در این میان، سویۀ B. pumilus بیشترین تأثیر را در کاهش آن داشت؛ ازاین‌رو می‌توان نتیجه گرفت افزایش غلظت کلروفیل در حضور باکتری‌های محرک رشد گیاه نسبت به شاهد گویای کاربرد و تأثیر مثبت باکتری‌های یادشده در افزایش فرایند فتوسنتز به‌واسطۀ افزایش میزان کلروفیل و درنتیجه، ممانعت از شکستن قندهای بزرگ ذخیره در گونه‌های گیاهی و حفظ عملکرد گیاه در شرایط تنش است (Karimi et al., 2009).

در پژوهش حاضر با اعمال گردوغبار، میزان یون سدیم افزایش و مقدار یون پتاسیم کاهش یافت. یون‌های سدیم و پتاسیم به دلیل شباهت‌های فیزیکوشیمیایی بر سر انتقال به درون گیاه رقابت می‌کنند. سدیم به‌غیراز تأمین فشار تورگر، قادر به انجام سایر کارکردهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی پتاسیم نیست؛ ازاین‌رو در شرایط تنش، ساخت پروتئین‌ها، انتقال انرژی، فعالیت‌های آنزیمی، تحرک سلول‌های محافظ روزنه و فتوسنتز که نیازمند پتاسیم هستند، با اختلال مواجه می‌شوند و کاهش رشد گیاه را در پی دارند (Rubio et al., 2020). افزایش یون سدیم در تنش گردوغبار همانند تنش خشکی احتمالاً به علت جذب بیشتر این یون توسط ریشه و تخلیۀ بیشتر آن از آوند چوبی به برگ است. تلقیح با باکتری‌های محرک رشد گیاه در حالت تنش سبب کاهش یون سدیم و افزایش یون پتاسیم در گونۀ اشنان شد؛ به‌طوری‌که تلقیح با سویۀ Z. halotolerans بیشترین تأثیر را در کاهش میزان یون سدیم و افزایش یون پتاسیم داشت. باکتری‌های محرک رشد گیاه با تأثیر بر پتاسیم معدنی، شکل قابل‌جذب یون پتاسیم برای گیاه را در محیط ریزوسفر افزایش می‌دهند (Etesami, 2018) و به گیاه فرصت می‌دهند تا تعادل یونی را از طریق افزایش جریان یون پتاسیم به بخش هوایی و انتقال سدیم به ریشه‌ها برقرار کند (Wang et al., 2016). عملکرد باکتری‌های محرک رشد گیاه در کاهش غلظت سدیم و افزایش غلظت پتاسیم در پژوهش حاضر با نتایج مطالعه‌های دیگر در این زمینه مطابقت دارد (Baek et al., 2020; Pan et al., 2019).

در پژوهش حاضر با اعمال گردوغبار، مقدار نیتروژن کاهش یافت. نیتروژن عنصری حیاتی برای گیاه تلقی می‌شود که علاوه‌بر شرکت در ساختمان پروتئین‌های سلول‌های گیاهی، آنزیم‌ها و نوکلئیک‌اسیدها، بخشی از کلروفیل گیاه را نیز تشکیل می‌دهد (Shilev, 2020)، در تنش گردوغبار، کاهش مقدار نیتروژن می‌تواند به دلیل کاهش فعالیت آنزیم نیترات‌ردوکتاز در اثر کمبود نور و درنتیجه، کاهش اسیمیلاسیون نیترات باشد (Naseri et al., 2015). تلقیح با باکتری‌های محرک رشد گیاه در حالت تنش سبب افزایش نیتروژن در گونۀ اشنان شد؛ به‌طوری‌که تلقیح با Z. halotolerans بیشترین تأثیر را در افزایش میزان نیتروژن داشت. افزایش مقدار نیتروژن در شرایط تنش محیطی را می‌توان به ویژگی‌های محرک رشدی PGPR به‌ویژه تثبیت نیتروژن مولکولی نسبت داد. به نظر می‌رسد این باکتری‌ها با تثبیت N₂ و افزایش تولید پروتئین در شرایط تنش تا حدودی آثار مضر تنش را کاهش می‌دهند (Hardoim et al., 2008). افزایش تولید نیتروژن در شرایط تنش در تیمارهای تلقیحی با باکتری محرک رشد گیاه در مطالعه‌های دیگر نیز گزارش شده است (Pan et al., 2019).

در پژوهش حاضر با اعمال تیمار گردوغبار، غلظت فسفر برگ کاهش یافت. فسفر از مهم‌ترین عناصرلازم برای رشد و ترمیم گیاه به شمار می‌آید و اغلب به‌عنوان مادۀ انرژی‌زا تعریف می‌شود؛ زیرا این عنصر به ذخیره و انتقال انرژی در فرایند فتوسنتز کمک می‌کند و برای تقسیم سلولی و تشکیل RNA و DNA بسیار ضروری است. تغییر در میزان این عنصر به‌طور مستقیم بر میزان فرایند فتوسنتز (Frydenvang et al., 2015) و به‌طور غیرمستقیم بر میزان سنتز پروتئین تأثیر می‌گذارد. از آنجاکه فسفر نقش مهمی در بیشتر فعالیت‌های متابولیسمی گیاهان دارد، کاهش آن در برگ به دلیل افزایش گردوغبار سبب کاهش سنتز اسمولیت‌ها و پروتئین‌های محلول می‌شود (Bimal & Karmoker, 2011). کاهش میزان فسفر ناشی از تنش گردوغبار در مطالعه‌های دیگر نیز گزارش شده است (Victor, 2016). اثر باکتری‌های محرک رشد در شرایط تنش معنادار نشد، ولی تلقیح با سویۀ Z. halotolerans در شرایط کنترل بیشترین تأثیر را در افزایش فسفر گونۀ اشنان داشت. ازجمله صفت‌های بسیار مهم باکتری‌های محرک رشد گیاه، معدنی‌کردن فسفر آلی و انحلال فسفر معدنی از طریق ساخت آنزیم‌های فسفاتاز و فیتاز و اسیدهای آلی مانند گلونیک‌اسید و سیتریک‌اسید است (Jamil et al., 2011). این باکتری‌ها با کاهش اسیدیتۀ ریزوسفر از طریق ساخت و رهاسازی اسیدهای آلی سبب حل‌شدن کانی‌های فسفرۀ نامحلول و تبدیل آنها به شکل قابل‌جذب برای گیاه می‌شوند؛ علاوه‌بر‌این، تولید سیانیدهیدروژن توسط این باکتری‌ها سبب افزایش غیرمستقیم فراهمی عنصر فسفر از طریق کلات با عناصر فلزی ترکیب‌شده با فسفر و رهاسازی آن در ریزوسفر می‌شود (Rijavec & Lapanje, 2016).

در پژوهش حاضر با اعمال تیمار گردوغبار، غلظت آهن برگ کاهش یافت. گردوغبار از طریق کاهش جذب عناصر ضروری ازجمله آهن و منیزیم و با افزایش کلروفیلاز به‌طور مستقیم سبب کاهش فرایند فتوسنتز می‌شود (Siqueira-Silva et al., 2016; Guo et al., 2020). کاهش میزان آهن ناشی از تنش گردوغبار نیز گزارش شده است (Mutlu et al., 2012). باکتری‌های محرک رشد گیاه باعث افزایش میزان آهن در گونۀ اشنان شدند و در این میان، تلقیح با سویۀ Z. halotolerans بیشترین تأثیر را در گونۀ اشنان داشت. در مواقعی که گیاه با کمبود عنصر آهن روبه‌رو می‌شود، باکتری‌های محرک رشد گیاه ترکیبی آلی با وزن مولکولی کم به نام سیدروفور (به‌منظور مقابله با تنش ناشی از کمبود شکل قابل‌جذب آهن) ترشح می‌کنند که میل ترکیبی شدیدی برای پیوند با برخی از کاتیون‌ها از‌جمله آهن III دارد. گیاه از سیدروفور تولیدشده برای تأمین آهن موردنیاز خود استفاده می‌کند و در نتیجه، PGPRs با تأمین آهن لازم برای گیاه به‌طور غیرمستقیم بر رشد آن تأثیر می‌گذارند (Ahmad et al., 2006; Santoyo et al., 2019). افزایش غلظت آهن در تنش محیطی ناشی از باکتری‌های محرک رشد گیاه در مطالعه‌های دیگر نیز گزارش شده است (Kotasthane et al., 2017).

در پژوهش حاضر با اعمال تیمار گردوغبار، غلظت کلسیم، منیزیم و منگنز برگ کاهش یافت. به نظر می‌رسد گردوغبار از طریق کاهش جذب این عناصر به‌واسطۀ کاهش تبدیل پلاست به کلروپلاست، مقدار کلروفیل را کاهش می‌دهد. ازآنجاکه اساسی‌ترین نقش منیزیم و منگنز، شرکت در ساختار کلروفیل است، تنش‌های محیطی ازجمله گردوغبار سبب تخریب و کاهش غلظت کلروفیل در گیاه می‌شوند. در پژوهش حاضر، غلظت کلسیم و منیزیم برگ اشنان در تیمار گردوغبار تلقیح‌شده با باکتری‌ها به‌طور معنا‌داری افزایش یافت؛ به‌طوری‌که سویۀ Z. halotolerans بیشترین تأثیر را داشت. باکتری‌های محرک رشد گیاه می‌توانند از طریق انحلال تری‌کلسیم‌فسفات (Azarmi et al., 2016) و همچنین توسعۀ سریع سیستم ریشه‌ای و افزایش قابلیت جذب مواد غذایی مانند کلسیم و منیزیم سبب افزایش تحمل گیاه نسبت به تنش شوند (ALKahtani et al., 2020). این نتایج با نتایج مطالعه‌های دیگر هماهنگ هستند (Pan et al., 2019). غلظت منگنز برگ اشنان در تیمارهای تلقیح‌شده با باکتری‌های محرک رشد گیاه به‌طور معنا‌داری افزایش یافت. همان‌طور که بیان شد جذب عناصر کم‌مصرف مانند منگنز و آهن می‌تواند مربوط به توانایی تولید سیدروفور باکتری‌های محرک رشد گیاه باشد. گیاه می‌تواند از سیدروفورهای باکتریایی به‌عنوان ابزاری برای تأمین آهن و منگنز موردنیاز خود بهره ببرد (Ahmad et al., 2006).

در پژوهش حاضر با اعمال تیمار گردوغبار، مقدار زیست‌تودۀ خشک کل و شاخص کیفیت نهال گیاه کاهش یافت. سطوح برگ پوشیده‌شده با ذرات گردوغبار نور کمتری برای انجام فرایند فتوسنتز دریافت می‌کنند و این امر به بسته‌شدن روزنۀ برگ‌ها و در‌نتیجه، کاهش هدایت روزنه‌ای آنها منجر می‌شود؛ در نهایت، کاهش هدایت روزنه‌ای در گیاهان بر تشکیل زیست‌توده و عملکرد گیاه اثر منفی می‌گذارد. تنش گردوغبار با کاهش میزان موجودی آب برگ بر وزن خشک ریشه و اندام هوایی تأثیر معناداری دارد و تولید مادۀ خشک در تمام اندام‌های گیاهی را کاهش می‌دهد. کاهش مقدار زیست‌تودۀ خشک کل گیاه در اثر تنش گردوغبار در مطالعه‌های دیگر نیز گزارش شده است (Yaghmaei et al., 2020). در پژوهش حاضر، تولید مادۀ خشک گونۀ گیاهی یادشده در تیمارهای تلقیح‌شده با باکتری‌های محرک رشد گیاه به‌طور معنا‌داری افزایش یافت و سویۀ Z. halotolerans زیست‌تودۀ خشک کل گونۀ اشنان را افزایش داد. به  نظر می‌رسد تیمارهای تلقیح‌شده با باکتری‌های محرک رشد گیاه با افزایش رشد ریشه سبب افزایش فراهمی آب و مواد غذایی در شرایط تنش محیطی می‌شوند و رشد گیاه و در نهایت، شاخص زیست‌تودۀ خشک کل گیاه را افزایش می‌دهند. نتایج حاضر با نتایج مطالعه‌های دیگر منطبق هستند (Azarmi-Atajan & Sayyari-Zohan, 2020; Wang et al., 2021).

نتیجه‌گیری.

نتایج نشان دادند باکتری‌های محرک رشد گیاه ویژگی‌های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نهال‌های اشنان در معرض تنش را نسبت به شاهد بهبود می‌بخشند؛ در این میان، سویۀ Z. halotolerans جداسازی‌شده از گیاه اشنان نسبت به B. pumilus تأثیر بیشتری در بهبود آثار منفی گردوغبار روی بیشتر شاخص‌های اندازه‌گیری‌شده در این گیاه داشت که این موضوع، اهمیت اثر متقابل باکتری- گیاه را روشن می‌کند. یافته‌های پژوهش حاضر نشان می‌دهند ریزوسفر گیاهان منبع مناسبی برای جداسازی باکتری‌های محرک رشد است و می‌تواند نویدبخش افزایش تولید علوفه و بهبود تحمل گیاهان به آلودگی هوا باشد؛ باوجوداین، انجام پژوهش‌های تکمیلی به‌شکل میدانی در رویشگاه این گونه‌های بیابانی ضروریست تا عملکرد و کارایی سویه‌های باکتریایی به‌عنوان کود زیستی مناسب برای مقابله با تنش گردوغبار اثبات شود.