بررسی تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از تکنیک 15N

دسته: شیمی
بازدید: 78 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 269 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 203

گرچه استفاده از کودهای بیولوژیک در کشاورزی از قدمت بسیار زیادی برخوردار است و در گذشته نه چندان دور تمام مواد غذایی مورد مصرف انسان با استفاده از چنین منابع ارزشمندی تولید می شده است ولی بهره برداری علمی از اینگونه منابع سابقه چندانی ندارداگرچه کاربرد کودهای بیولوژیک به علل مختلف در طی چند دهه گذشته کاهش یافته است ولی امروزه با توجه به مشکلاتی که

قیمت فایل فقط 7,900 تومان

بررسی تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از تکنیک 15N

چکیده..............................................................10                                              

مقدمه ................................................................13                                                                           

فصل اول:کلیات            .....................................................................15                                                                    

1-كشاورزی پایدار                   .         ......................................16

1-1كودهای بیولوژیك...............................................................18

1-2استفاده از میكرو‌ارگانیزم‌ها به عنوان كود بیولوژیك....................19

1-3-انواع كودهای بیولوژیك......................................................20

2-اهمیت گندم..........................................................................20

2-1-تاریخچه و پیدایش گندم........................................................22

2-2-وضعیت كشت گندم در جهان..................................................22

2-3-وضعیت كشت گندم در ایران...................................................24

2-4-وضعیت كشت گندم در استان تهران..........................................25

2-5-شرایط آب‌وهوایی گندم..........................................................26

2-6-مرفولوژی گندم...................................................................27

2-6-1-ریشه............................................................................27

2-6-2-ساقه............................................................................28

2-6-3-پنجه.............................................................................29

2-6-4-برگ............................................................................30

2-6-5-گل‌آذین.........................................................................31

2-6-6-دانه.............................................................................32

2-7-عوامل محیطی مؤثر بر رشدونمو گندم.....................................33

2-7-1خاك...............................................................................33

2-7-2-رطوبت.........................................................................34

2-7-3-حرارت.........................................................................35

2-7-4-نور............................................................................36

2-7-4-1-طول روز..................................................................36

2-7-4-2-شدت نور..................................................................36

2-8-عملكرد دانه گندم و عوامل مؤثر بر آن....................................36

فصل دوم:بررسی منابع...............................................................42

1-نیتروژن در طبیعت..................................................................43

2-شکلهای نیتروژن در خاک........................................................44

2-1-نیتروژن معدنی خاک............................................................45

2-2-  نیتروژن آلی خاک.............................................................45

3-نقش نیتروژن در گیاه..............................................................45

4-چرخه نیتروژن......................................................................46

4-1راههایی كه نیتروژن در دسترس گیاه قرار می‌گیرد

 و یا به خاك اضافه می‌شود. .........................................................47

4-1-1معدنی شدن نیتروژن خاك....................................................47

4-1-2وارد شدن نیتروژن از اتمسفر به خاك.....................................48

4-1-3-كاربرد كودهای شیمیایی ازته...............................................49

4-1-4-تثبیت نیتروژن به روش بیولوژیك..........................................50

4-2-راههایی كه نیتروژن از دسترس گیاه و یا از خاك خارج می‌شود........51

4-2-1-غیر متحرك شدن (متوقف شدن یا آلی شدن ) نیتروژن................51

4-2-2-نیترات زدایی.....................................................................52

4-2-3-جذب نیتروژن بوسیله گیاهان.................................................54

4-2-4-آبشویی نیتروژن.................................................................55

4-2-5-تلفات نیتروژن به صورت آمونیاك...........................................55

4-2-6-تلفات نیتروژن از طریق فرسایش...........................................56

5-سیستمهای بیولوژیك تثبیت كننده نیتروژن.....................................56

5-1تثبیت نیتروژن به روش همزیستی.............................................57

5-1-1همزیستی باكتریهای ریزوبیوم و گیاهان خانواده لگومینوز...........57

5-1-2-همزیستی ریزوبیوم با گیاهان غیر لگوم..................................59

5-1-3-همزیستی اكتینوریزی.........................................................59

5-1-4-همزیستی سیانوباكتریها و گیاهان.........................................60

5-1-4-1-همزیستی سیانوباكتری آنابنا و آزولا..................................61

5-1-4-2-همزیستی نوسترك و آنابنا باسیكادها...................................62

5-1-4-3-همزیستی سیانوباكتری نوسترك و گانرا...............................62

5-1-5-همزیستی سیانوباكتریها و دیاتومه‌ها......................................63

5-1-6-همزیستی سیانوباكتریها و بریوفیتها......................................63

5-1-7-همزیستی سیانوباكترها و قارچها (تشكیل گلسنگ)....................65

5-2-تثبیت نیتروژن به روش آزاد....................................................65

5-2-1-باكتریهای هتروتروف باكتریهای بیهوازی...............................66

5-2-1-1-باکتریهای بی هوازی......................................................66

5-2-1-2-باكتریهای بیهوازی اختیاری.............................................67

5-2-1-3-باكتریهای هوازی...........................................................67

5-2-1-4-سیانوباكتریها................................................................68

5-2-2-فتواتوتروف‌های آزادزی......................................................69

5-2-2-1-باكتریهای فتوسنتز كننده..................................................69

5-3-تثبیت نیتروژن به روش همیاری..............................................71

5-3-1-تعریف همیاری................................................................71

5-3-2-دلایل تثبیت نیتروژن به روش همیاری...................................72

5-3-3-همیاریهای فیلوسفری........................................................72

5-3-4-همیاریهای ریزوسفری....................................................................73

6-بیوشیمی تثبیت نیتروژن مولكولی..............................................................73

6-1ساختار آنزیم نیتروژناز و نحوه تامین انرژی

 مورد نیاز برای تثبیت ازت مولكولی................................................................74

6-2كارایی.....................................................................................................77

6-3-تولید هیدروژن و خروج آن.......................................................................81

7-همیاری باكتریهای جنس آزوسپیریلوم  با گیاهان...............................................83

7-1اكولوژی آزوسپیریلوم................................................................................83

7-2گیاهان میزبان..........................................................................................84

7-3-طبقه‌بندی..............................................................................................84

7-4-مشخصات باکتری....................................................................................85

7-5-تثبیت نیتروژن وابسته به هیدروژن..............................................................88

7-6-احیای نیترات (نیترات زدایی).....................................................................88

7-7-عوامل موثر در اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم و تاثیر آن بر رشد گیاه...............89

7-8-تولید ساخت.مان كیست مانند......................................................................90

7-9-تولید سیدروفور......................................................................................91

7-10تولید مواد كشنده باكتریها........................................................................92

7-11جذب سطحی باكتریها به ذرات خاك............................................................92

7-12-تولید فیتوهورمونها و دیگر مواد تحریك كننده رشد گیاه.................................93

7-13-تغییر در فیزیولوژی و موروفولوژی ریشه..................................................93

7-14-نقشهای احتمالی موسیژل.......................................................................94

7-15-مكانیزمهای جذب آزوسپیریلوم بطرف ریشه................................................94

7-16-شیمیوتاكتیك  (كموتاكتیك )......................................................................95

7-17مراحل اشغال ریشه توسط آزوسپیریلوم.......................................................97

7-17-1-اتصال باكتریها به پوست ریشه............................................................97

7-17-2-اشغال بافت ریشه.............................................................................98

7-18-تاثیر آزوسپیریلوم در عملكرد گیاهان مختلف..............................................98

8-نیتروژن -15..........................................................................................105

فصل سوم:موادو روشها................................................................................110

1-مواد مورد آزمایش....................................................................................111

1-1تهیه ماده تلقیح......................................................................................111

1-2-بررسی روابط همزیستی سویه‌های مخالف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از ایزوتوپ15N در شرایط گلخانه........................................................112

1-2-1-زمان و محل اجرای آزمایش................................................................112

1-2-2-خصوصیات فیزیكی و شیمیایی خاك مورد استفاده....................................112

1-2-3-دمای گلخانه...................................................................................113

1-2-4-مشخصات ارقام گندم مورد استفاده......................................................114

1-2-4-1-رقم طبسی..................................................................................114

1-2-4-2-رقم مهدوی.................................................................................114

1-2-4-3-رقم موتانت طبسی.........................................................................115

1-2-5-مشخصات طرح آزمایشی.....................................................................116

1-2-6-مشخصات فاكتورهای آزمایش..............................................................116

1-2-7-عملیات كاشت و داشت.......................................................................116

1-2-8-كاربرد ایزوتوپ پایدار نیتروژن-15......................................................117

1-2-9-صفات اندازه‌گیری شده......................................................................120

1-2-10-محاسبات آماری.............................................................................121

1-3-ارزیابی كارآیی سویه‌های باکتری آزوسپریلوم با  ارقام بومی، اصلاح شده و لاین موتانت گندم و تأثیر كاربرد آنها بر عملكرد و برخی از صفات زراعی گندم در شرایط آب‌وهوایی كرج...........................................................................................121

1-3-1-خصوصیات اقلیمی منطقه...................................................................121

1-3-2-مشخصات اقلیمی محل اجرای آزمایش در سال زراعی 83-1382................122

1-3-3-خصوصیات. فیزیكی و شیمیایی خاك محل آزمایش....................................123

1-3-4-مشخصات ارقام مورد استفاده .............................................................123

1-3-5-مشخصات طرح آزمایشی...................................................................123

1-3-6- مشخصات فاكتورهای آزمایش...........................................................123

1-3-6-1-آزوسپریلوم...............................................................................123

1-3-7-عملیات زراعی..............................................................................124

1-3-7-1-عملیات كاشت............................................................................124

1-3-7-2-علمیات داشت............................................................................125

1-3-7-3-عملیات برداشت..........................................................................125

1-3-7-4-صفات اندازه‌گیری شده.................................................................126

فصل چهارم:نتایج و بحث...........................................................................130

گلخانه....................................................................................................131

1-ارتفاع گیاه...........................................................................................132

2-طول سنبله...........................................................................................135

3-تعداد پنجه گیاه.......................................................................................138

4-سطح برگ پرچم....................................................................................141

5-وزن خشك اندام هوایی............................................................................144

6-تعداد سنبله در گیاه.................................................................................147

7-درصد تثبیت بیولوژیک نیتروژن................................................................151

مزرعه..............................................................................................154

8-ارتفاع گیاه......................................................................................155

9-طول سنبله......................................................................................158

10تعداد پنجه در گیاه............................................................................161

11-سطح برگ پرچم.............................................................................163

12-تعداد سنبله درواحد سطح..................................................................167

13-تعداد دانه در سنبله...........................................................................170

14-عملكرد دانه....................................................................................173

15-بیوماس..........................................................................................177

16-شاخص برداشت...............................................................................181

17-وزن هزاردانه..................................................................................184

18-جذب نیتروژن...................................................................................186

پیوست..................................................................................................190

منابع....................................................................................................191

چکیده:

آزوسپریلوم به دلیل توان تثبیت نیتروژن مولکولی در ارتباط همیاری با گیاهان مهم زراعی مانند انواع غلات و همینطور تولید هورمونهای محرک رشد گیاه در سالهای اخیر به عنوان یک کود بیولوژیک مورد توجه قرار گرفته است.به همین دلیل تحقیق در مورد میزان فعالیت سویه های باکتری با ارقام مختلف گندم هدف این بررسی قرار گرفت:

به منظور تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم،دو آزمایش در سه بخش آزمایشگاه، گلخانه و مزرعه طی مدت دو سال پژوهش انجام گردید

الف)جداسازی،تکثیرو تولید مایه تلقیح سویه های آزوسپریلوم در شرایط آزمایشگاه

ب)بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم با ارقام طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم با استفاده از تکنیکN15

ج) بررسی کارایی تعدادی از سویه های باکتری آزوسپریلوم و تاثیر کاربرد آنها بر عملکرد و برخی صفات زراعی در سه رقم طبسی،مهدوی و لاین موتانت طبسی گندم.

الف)در این تحقیق 80 نمونه خاک ریزوسفری و غیر ریزوسفری  ار اراضی تحت کشت گیاهان مختلف زراعی تهیه گردید و برای جداسازی آزوسپریلوم ابتدا رقتهای خاک در محیط نیمه جامد اکن کشت داده شدند و بر روی محیط RC کلونیهای ریز قرمز رنگ به عنوان آزوسپریلوم خالص سازی  شده اند و تحت آزمایشهای  ترشح هورمون اکسین و توان حل کنندگی فسفر آلی و معدنی قرار گرفتند.

ب) دو فاکتور،آزوسپریلوم در 5 سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و 4 سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54    و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کاملا تصادفی در 4 تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.

به منظور بررسی تثبیت نیتروژن از ایزوتوپ پایدار 15N استفاده شد.

نتایج حاصله نشان داد که بین سویه های مختلف آزوسپریلوم و هم بین ارقام مختلف گندم از نظر تاثیر بر سطح برگ پرچم.وزن خشک اندام هوایی،تعداد سنبله ،طول سنبله و Ndfa اختلاف معنی داری در سطح 1% وجود دارد.در بین ازقام مختلف گندم ارتفاع گیاه در سطح 5%معنی دار و تعداد پنجه معنی دار نشده است و همچنین در بین سویه های آزوسپریلومی ارتفاع گیاه معنی دار نگردیده است.

ارقام گندم به دلیل اختلاف فاحش ژنتیکی و نیز سویه های آزوسپریلومی به دلیل تفاوتهای برقراری همیاری با هم اختلافاتی را دارند.

بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی  لاین موتانت و Az.21    بوده است.

ج) دو فاکتور،آزوسپریلوم در 5 سطح شامل یک سطح عدم کاربرد باکتری و 4 سطح کاربرد سویه های مختلف Az.21 ,Az.31 ,Az.52 ,Az.54    و گندم در سه سطح بومی،اصلاح شده و لاین موتانت بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کرتهای کامل تصادفی در 4 تکرار در شرایط گلخانه بررسی گردید.

بین کاربرد ارقام مختلف گندم و سویه های مختلف آزوسپریلوم در تمامی صفات زراعی بجز تعداد پنجه در سطح 1% اختلاف معنی داری مشاهده شد.

بهترین رقم و بهترین باکتری در اکثر صفات مورد بررسی  لاین موتانت و AZ.21    بوده است.

بنابراین با توجه به نتایج بدست آمده از کلیه آزمایشات انجام شده فوق می توان چنین اظهار داشت که کاربرد آزوسپریلوم می تواند بسیار مفید در عملکرد و جذب عناصر غذایی و نیز نقش مهمی در کاهش کودهای شیمیایی داشته باشد.البته باید در گزینش سویه های آزوسپریلوم دقت لازم مبذول شود زیرا بین سوشها اختلاف معنی داری از نظر برقراری همیاری وجود دارد.

مقدمه:

گرچه استفاده از کودهای بیولوژیک در کشاورزی از قدمت بسیار زیادی برخوردار است و در گذشته نه چندان دور تمام مواد غذایی مورد مصرف انسان با استفاده از چنین منابع ارزشمندی تولید می شده است ولی بهره برداری علمی از اینگونه منابع سابقه چندانی ندارد.اگرچه کاربرد کودهای بیولوژیک به علل مختلف در طی چند دهه گذشته کاهش یافته است ولی امروزه با توجه به مشکلاتی که مصرف بی رویه کودهای شیمیایی پدید آورده است،استفاده از آنها در کشاورزی مجددا مطرح شده است.بدون تردید کاربرد کودهای بیولوژیک علاوه بر اثرات مثبتی که بر کلیه خصوصیات خاک دارد،از جنبه اقتصادی،زیست محیطی و اجتماعی نیز مثمرثمر واقع شده و می تواند به عنوان جایگزینی مناسب و مطلوب برای کودهای شیمیایی باشد.در حال حاضر نگرشهای جدیدی که در ارتباط با کشاورزی تحت عنوان کشاورزی پایدار،ارگانیک و بیولوژیک مطرح می باشد به بهره برداری از چنین منابعی استوار است.(25)

مصرف کود شیمیایی ازته برای افزایش تولید محصول تا آینده ای قابل پیش بینی ادامه خواهد داشت،ولی باید در جهت استفاده بیشتر از تثبیت بیولوژیک نیتروژن توسط میکروارگانیزمها نیز توجه بیشتری معطوف شود.

باکتری جنس Azospirillum که یکی از مهمترین باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن می باشد،با گیاهان تک لپه مختلفی از جمله گندم،برنج،ذرت،ارزن،چاودار و گراسهای علفی مانند پنجه مرغی،کالارگراس قادر به ایجاد همیاری است.(5و2و3ارزانش)نتیجه این همیاری علاوه بر تثبیت نیتروژن مولکولی،تولید موادی چون سیدروفور،باکتری کشها و فیتوهورمونها می باشد که ماحصل ترشح تمام موارد ذکر شده افزایش توان جذب عناصر غذایی،توسعه سیستم ریشه ای و در نهایت افزایش عملکرد می باشد.(10و4و6) تلقیح گیاهان با آزوسپریلوم علاوه بر 35-5 درصد افزایش عملکرد باعث کاهش مصرف کود ازته نیز می شود.(7)تلقیح گیاه با این باکتری باعث افزایش طول ریشه های فرعی و تارهای کشنده،ارتفاع گیاه و همچنین جذب عناصر غذایی می شود.(8)

از طرفی نیز گندم به عنوان مهمترین گیاه زراعی در کشور ما و در دنیا محسوب می شود.از مجموع 27/10میلیون هکتار اراضی سالانه در سال 1379، حدود 01/7 میلیون هکتار معادل 27/68 درصد به سطح غلات اختصاص داشته است.محصول گندم با 75/72 درصد رتبه اول را دارا می باشد.

لذا در این تحقیق تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های  مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام بومی،اصلاح شده و لاین موتانت با استفاده از تکنیک ایزوتوپ پایدار 15N بررسی شد.

فصل اول:

کلیات

1-كشاورزی پایدار:

تاكنون تعاریف بسیار متعددی توسط دانشمندان مختلف برای كشاورزی پایدار[1] ارائه شده است ولی به طور خلاصه می‌توان گفت كشاورزی پایدار را چنین تعریف نمود كه عبارت است از نوعی سیستم كشاورزی كه در آن با بكاربردن حداقل نهاده‌ها و عوامل مصنوعی و شیمیایی خارجی، بتوان عملكرد مطلوبی بدست آورد به نحوی كه حداقل تأثیر سوء بر روی محیط‌زیست گذاشته شود. انجمن علوم زراعی آمریكا نیز در سال 1988 تعریفی را برای كشاورزی پایدار ارائه كرده است كه كاربرد زیادی دارد. طبق این تعریف كشاورزی پایدار در درازمدت كیفیت محیط و منابع طبیعی را ارتقاء می‌دهد، غذا و پوشاك انسان را تأمین می‌كند، از نظر اقتصادی پویاست و همچنین كیفیت زندگی كشاورز و كل جامعه را افزایش می‌دهد. در واقع یك سیستم پایدار كشاورزی می‌بایست از نظر اكولوژیكی مطلوب، از نظر اقتصادی سودمند و از نظر اجتماعی موردقبول باشد. در این نوع كشاورزی تأكید بر روی حداكثر رساندن تولید نبوده بلكه بهینه بودن استفاده از پایدار نمودن تولید در یك دوره طولانی مدنظر می‌باشد (1)

كشاورزی اصلی‌ترین فعالیت اقتصادی كشورهای فقیر دنیاست و پایداری این بخش برای توسعه كلی آنها حیاتی به شمار می‌رود. سیاستهای مناسب كشاورزی در ارتباط با تحقیق و تكنولوژی نقش مهمی در حفاظت و اصلاح توسعه كشاورزی پایدار می‌تواند ایفا كند (19)طی چند دهه اخیر ضرورت استفاده از ارقام پرمحصول، نیاز به كودهای شیمیایی جهت تقویت خاك و نیز سموم شیمیایی جهت مبارزه با آفات را افزایش داده است، به طوری كه امروز كلیه جنبه‌های تولیدات كشاورزی به طور فرآیندی به تزریق انرژی‌های كمكی وابسته شده است‌(19). بدون تردید این انرژی‌ها به طور نامحدود تأمین‌پذیر نخواهند بود، و ادامه تأمین آنها در سطح فعلی نیز میسر نیست و از طرفی به علت آلودگی محیط‌زیست و همچنین افزایش قیمت این نهاده‌ها و بهره‌برداری از انرژی‌های به اصطلاح درونی به جای اتكاء به نهاده‌های خارجی از اولویت خاصی برخوردار بود (17) و برای افزایش كارآیی یا باید نهاده‌های ورودی مانند كود، علف‌كش، حشره‌كش، عملیات تهیه زمین و غیره را كاهش داد یا عملكرد زراعی را بالا برد(18).

افزایش عملكرد محصولات كشاورزی در طی سه دهه گذشته با تخریب محیط‌زیست و پیدایش مشكلاتی مانند فرسایش خاك، آلودگی ناشی از كودهای شیمیایی و آفت‌كشها، خسارت به منابع آبی و كاهش تنوع زیستی گیاهی و جانوری در دنیا و كشور ما همراه بوده است (25). بنابراین نظام زراعی كشاورزی كم‌نهاده (LISA) به عنوان یك هدف جهت دستیابی به ماكزیمم تولید در یك دوره كوتاه‌مدت همانند نظامهای متداول نیست بلكه هدف آن دست‌یابی به یك سطح ثباتی از تولید برای درازمدت و سازگاری محیطی به نهاده‌های كم‌انرژی و مقادیر كمی مواد شیمیایی هست(26).

در اكوسیستم‌های طبیعی، بخش قابل توجهی از انرژی رایج در آن اكوسیستم در مسیر زنجیره‌ ریزه‌خواری و با كمك میكروارگانیسم‌های خاك جریان دارد ولی در نظامهای كشاورزی فشرده به دلیل اتكای كامل به نهاده‌های شیمیایی از یك طرف و برداشت كلیه اندامهای گیاهی از طرف دیگر، جمعیت این موجودات در خاك به شدت كاهش یافته و به این جهت برای حفظ حداكثر تولید، بر مصرف كودهای شیمیایی روز‌به‌روز افزوده می‌شود(19).

---

قیمت فایل فقط 7,900 تومان

برچسب ها : طرح توجیهی بررسی تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از تکنیک 15N , دانلود ر , شیمی , , دانلود طرح توجیهی , بررسی تثبیت بیولوژیک نیتروژن در اثر همیاری سویه های مختلف باکتری آزوسپریلوم با ارقام مختلف گندم با استفاده از تکنیک 15N , تثبیت بیولوژیک نیتروژن , عوامل محیطی مؤثر بر رشدونمو گندم , ت