تأثیر قارچ شبه‌میکوریزی Piriformospora indica روی برخی خصوصیات مورفوفیزیولوژیک گیاه برنج تحت شرایط نرمال و تنش خشکی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 عضو هیئت علمی و رئیس بخش ژنومیکس پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران

3 استادیار گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

قارچ­های میکوریزی با فراهم نمودن سطح جذب‌کننده وسیع‌تر برای انتقال عناصر غذایی موجود در خاک به ریشه گیاهان، سبب بهبود رشد گیاه می‌گردند. قارچ P. indica به‌عنوان یک قارچ اندوفیت شبه‌میکوریزی باعث تحریک رشد بسیاری از گونه‌های گیاهی گردیده و همچنین مقاومت به تنش‌های زیستی و غیرزیستی را افزایش می‌دهد. هدف از اجرای این پژوهش بررسی امکان کلونیزاسیون ریشه گیاه برنج توسط قارچ اندوفیت P. indica و تأثیر آن در بهبود رشد و افزایش برخی پارامترهای مورفولوژیکی گیاه برنج در شرایط نرمال و تنش بود. این بررسی به‌صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار در گلخانه پژوهشکده بیوتکنولوژی اصفهان اجرا شد. فاکتورهای آزمایش شامل دو سطح قارچ (تلقیح و عدم‌تلقیح) و 3 سطح خشکی (ظرفیت زراعی، 25% ظرفیت زراعی و 50% ظرفیت زراعی) بود. نتایج حاصله نشان داد که قارچ P. indica قادر به کلونیزاسیون ریشه گیاه برنج می‌باشد و تلقیح با قارچ سبب افزایش بیوماس قسمت‌های هوایی و ریشه گیاهان تلقیح شده نسبت به گیاهان شاهد گردید، به‌طوری‌که در شرایط تنش خشکی شدید وزن خشک اندام هوایی و ریشه در گیاهان تلقیح شده نسبت به شاهد به‌ترتیب 47 و 63 درصد افزایش نشان داد. همچنین در شرایط تنش شدید محتوای نسبی آب گیاهان تلقیح شده 19% بالاتر بود. نتایج بر نقش مؤثر این قارچ در بهبود خصوصیات گیاه برنج تحت شرایط تنش خشکی به‌ویژه در شرایط تنش شدید (25% ظرفیت زراعی) دلالت داشت. با توجه به این نتایج به ‌نظر می‌رسد برنج نیز یکی از میزبان‌های این قارچ محسوب می‌شود و قارچ می‌تواند امکان کشت برنج را در سایر مناطق ایران فراهم آورد. همچنین بهبود رشد در گیاهان تلقیح ­شده نیاز به استفاده از کودهای شیمیایی را در کشت برنج کاهش خواهد داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Mycorrhiza-like Fungus Piriformospora indica on Some Morphophysiological Traits of Rice under Normal and Drought Stress Conditions

نویسندگان [English]

  • Mehdi Ghabooli 1
  • Ghasem Hosseini salekdeh 2
  • Mojgan Sepehri 3
1 Assistant Professor, Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Malayer University, Malayer, Iran
2 Associate Professor, Department of Systems Biology, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Karaj, Iran
3 Assistant Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Micorrhizal fungi provide greater absorbing surface for the transfer of nutrients to plant roots and therefore improve the plant growth. Piriformospora indica as a Micorrhizal-like fungus exhibits a high effect in plant growth and increased resistance against biotic and abiotic stresses. The goal of this research was the study of the potential of P. indica to colonize the roots of rice plant and enhances growth and elevating drought resistance. This study was done as a factorial experiment in a completely randomized design with four replications and was conducted in the greenhouse of Agricultural Biotechnology Research Institute (Isfahan). The experimental factors included 2 fungal levels (inoculated and non-inoculated) and 3 drought levels (F.C., 50% F.C., 25% F.C.). The results indicated that P. indica can colonize rice roots plant. Also, inoculation of plant with P.indica increased the biomass of rice plants, as in inoculated plants under severe drought stress total shoot dry weight and root dry weight was increased by 47% and 63%, respectively. Under severe stress conditions, RWC in inoculated plant was greater as well (19% was higher than control plants). The results showed the effective role of fungus in enhancing rice morphological parameters in drought stress conditions (especially at the 25% F.C. level). According to the results, it seems that Rice is also one of the hosts of this fungus and endophytic fungus can provide the possibility of rice cultivation in other regions of Iran. As well as the improvement of growth in inoculated rice plant will decrease the requirement to chemical fertilizer in flooded rice cultivation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Endophyte
  • Sustainable agriculture
  • Colonization
  • Inoculation
  • Biomass

قبولی، م.، شهریاری ، ف.، سپهری، م.، مرعشی، ح. و حسینی سالکده، ق. 1390. تأثیر قارچ اندوفیت Piriformospora indicaبر برخی خصوصیات جو در شرایط تنش خشکی، نشریه بوم‌شناسی کشاورزی، جلد 3، شماره 3: 336-328.

سپهری، م. 1386. شناسایی مکانیسم‌های مولکولی مقاومت القا‌شده توسط قارچ Piriformospora indica به گیاه جو در شرایط تنش شوری. رساله دکتری، دانشگاه تهران، 216 صفحه.

Alikhani, M., Khatabi, B., Sepehri, M., Nekouei, M. K. and Salekdeh, Gh. 2013. A proteomics approach to study the molecular basis of enhanced salt tolerance in barley (Hordeum vulgare L.) conferred by the root mutualistic fungus Piriformospora indica. Molecular BioSystem, 9(6): 1498-1510.

Bohnert, H. J. and Jensen, R. G. 1996. Strategies for engineering water-stress tolerance in plants. Trends in Biotechnology, 14: 89-97.

Cramer, G. R., Epstein, E. and Läuchli, A. 1990. Effects of sodium, potassium and calcium on salt‐stressed barley. I. Growth analysis. Physiologia Plantarum, 80: 83-88.

Deshmukh, S., Hückelhoven, R., Schäfer, P., Imani, J., Sharma, M., Weiss, M., Waller, F. and Kogel, K. H. 2006. The root endophytic fungus Piriformospora indica requires host cell death for proliferation during mutualistic symbiosis with barley. Proceedings of the National Academy of Sciences, 103(49): 18450-18457.

Dey, M. M. and Upadhyaya, H. K. 1996. Yield loss due to drought, cold and submergence in Asia. In RE Evenson, RW Herdt, M Hossain, eds, Rice Research in Asia: Progress and Priorities. CAB International, Wallingford, UK, 291-303.

Ghabooli, M., Khatabi, B., Shahriary Ahmadi, F., Sepehri, M., Mirzaei, M., Amirkhani, A., Jorrín-Novo, J. V. and Hosseini Salekdeh, Gh. 2013. Proteomics study reveals the molecular mechanisms underlying water stress tolerance induced by Piriformospora indica in barley. Journal of Proteomics, 94: 289-301.

Kirch, H. H., Vera-Estrella, R., Golldack, D., Quigley, F., Michalowski, C. B., Barkla, B. J. and Bohnert, H. J. 2000. Expression of water channel proteins in Mesembryanthemum crystallinum. Plant Physiology, 123: 111-124.

Malla, R.,  Prasad, R.,  Kumari, R., Giang, Ph., Pokharel, U., Olmuller, R. and Vama, A. 2004. Phosphorus solubilizing symbiotic fungus: Piriformospora indica. Endocytobiosis Cell Research, 15 (2): 579-600.

Oelmuller, R., Sherameti, I., Tripathi, S. and Varma, A. 2009. Piriformospora indica, a cultivable root endophyte with multiple biotechnological applications. Symbiosis, 49: 1-12.

Otoole, J. C. and Chang, T. T. 1979. Drought resistance in cereals. Rice: A case study. In: Messel, H. and Taples, R. C. (eds.). Physiology of crop plants. John Wiley and Sons, New York. pp. 347-405.

Pirdashti, H., Sarvestani, Z. T., Nematzadeh, G. and Ismail, A. 2004. Study of water stress effects in different growth stage on yield components of different rice (Oryza sativa L.) cultivars. New directions for a diverse planet: Proceeding of 4th International Crop Science Congress Brisbane, Australia, pp 1-7.

Qiang, X., Weiss, M., Kogel, K. H. and Schafer, P. 2011. Piriformospora indica a mutualistic basidiomycete with an exceptionally large plant host range. Molecular Plant Pathology, 13 (5): 508-518.

Rai, M., Acharya, D., Singh, A. and Varma, A. 2001. Positive growth responses of the medicinal plants Spilanthes calva and Withania somnifera to inoculation by Piriformospora indica in a field trial. Mycorrhiza, 11: 123-128.

Rai, M. and Varma, A. 2005. Arbuscular mycorrhiza-like biotechnological potential of Piriformospora indica, which promotes the growth of Adhatoda vasica Nees. Electronic Journal of Biotechnology, 8: 1-6.

Shannon, M. and Grieve, C. 1998. Tolerance of vegetable crops to salinity. Scientia Horticulture, 78: 5-38.

Singh, A., Sharma, J., Rexer, K. H. and Varma, A. 2000. Plant productivity determinants beyond minerals, water and light: Piriformospora indica-a revolutionary plant growth promoting fungus. Current Science-Bangalore, 79: 1548-1554.

Varma, A., Abbott, L., Werner, D. and Hampp, R. 2004. The state of art. Plant surface microbiology. Plant surface microbiology. Springer, Berlin Heidelberg New York, 1-11.

Varma, A., Bakshi, M., Lou, B., Hartman, A. and Oelmuller, R. 2012. Piriformospora indica: A novel plant growth-promoting mycorrhizal fungus. Agricultural research, 1 (2): 117-131.

Varma, A., Verma, S., Sahay, N., Bütehorn, B. and Franken, P. 1999. Piriformospora indica, a cultivable plant-growth-promoting root endophyte. Applied Environmental Microbiology, 65: 2741-2744.

Verma, S., Varma, A., Rexer, K. H., Hassel, A., Kost, G., Sarbhoy, A., Bisen, P., Bütehorn, B. and Franken, P. 1998. Piriformospora indica, gen. et sp. nov., a new root-colonizing fungus. Mycologia, 90 (5): 896-903.

Waller, F., Achatz, B., Baltruschat, H., Fodor, J., Becker, K., Fischer, M., Heier, T., Hückelhoven, R., Neumann, C. and Von Wettstein, D. 2005. The endophytic fungus Piriformospora indica reprograms barley to salt-stress tolerance, disease resistance, and higher yield. Proceedings of the National Academy of Sciences, 102 (38): 13386-13391.