تأثیر همزیستی قارچ Piriformospora indica بر رشد و شاخص‌های فیزیولوژیکی گیاهچه‌های ذرت (Zea mays) در معرض ذرات میکروپلاستیک و تنش کمبود آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم کشاورزی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

10.22124/cr.2025.30052.1860

چکیده

مقدمه: آلودگی اراضی زراعی به ذرات میکروپلاستیک یکی از مشکلات مهم زیست محیطی است که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است (Hartmann et al., 2022). از سوی دیگر به دلیل تغییرات اقلیمی، تنش خشکی به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل محدود کننده تولید گیاهان زراعی به‌طور نگران‌کننده‌ای در حال افزایش است (Zia et al., 2021). پژوهش حاضر به منظور بررسی امکان استفاده از پتانسیل زیستی قارچ Piriformospora indica در جهت کاهش اثرات منفی تنش ناشی از ذرات میکروپلاستیک پلی وینیل کلراید (PVC) و تنش کمبود آب در گیاه ذرت انجام گرفت.

مواد و روش‌ها: آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در سال1402 در دانشگاه بوعلی سینا بصورت گلدانی و در گلخانه اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل افزودن سه غلظت میکروپلاستیک پلی وینیل کلراید به خاک (صفر، 1/0 و 1 درصد)، قارچ P. indica در دو سطح (تلقیح و عدم تلقیح) و تنش کمبود آب در سه سطح آبیاری کامل (بدون تنش)، آبیاری در حد 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی (به ترتیب تنش متوسط و شدید) بودند. بذور جوانه زده ذرت رقم طه پس از تلقیح با قارچ P. indica در گلدان‌هایی با ظرفیت سه کیلوگرم خاک کشت شدند و در گلخانه قرار داده شدند. تنش کمبود آب 14 روز پس از کاشت اعمال شد. یک ماه پس از کاشت، پارامترهای فتوسنتزی و محتوای رطوبت نسبی برگ اندازه‌گیری شده و سپس گیاهان برداشت شده و ریشه گیاهان به منظور تعیین درصد کلونیزاسیون در زیر میکروسکوپ مورد بررسی قرار گرفت. محتوای پرولین، محتوای کلروفیل کل و ماده خشک گیاهان نیز اندازه‌گیری شدند.

یافته‌های تحقیق: نتایج نشان داد که افزودن یک درصد میکروپلاستیک به خاک مشابه تنش کمبود آب، محتوای رطوبت نسبی برگ، محتوای کلروفیل کل، شاخص‌های فتوسنتزی و ماده خشک اندام هوایی گیاهچه‌های ذرت را به‌طور معنی‌داری کاهش داد. اگرچه درصد کلونیزاسیون ریشه گیاهچه‌های ذرت توسط قارچ P. indica بر اثر افزودن یک درصد میکروپلاستیک به خاک و همچنین به دنبال کاهش رطوبت خاک به 75 و 50 درصد ظرفیت مزرعه به ترتیب 9/16، 9/30 و 1/47 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت، اما تأثیر مثبت قارچ بر رشد و پارامترهای مورد بررسی در این شرایط همچنان مشهود بود. به طوری‌که محتوای رطوبت نسبی، محتوای کلروفیل، سرعت فتوسنتز خالص و وزن خشک اندام‌های هوایی گیاهان تلقیح شده در معرض بالاترین سطح تنش کمبود آب و در حضور یک درصد میکروپلاستیک به ترتیب (2/8 و 9)، (5/20 و 27)، (9/17 و 8/17) و (5/43 و 8/46) درصد بیشتر از گیاهان تلقیح نشده بود. علاوه بر این، محتوای پرولین گیاهان نیز در حضور قارچ به-طورمعنی‌داری افزایش یافت.

نتیجه‌گیری: نتایج این آزمایش نشان داد که حضور قارچ P. indica با افزایش رشد و بهبود پارامترهای فتوسنتزی گیاهچه-های ذرت در معرض ذرات میکروپلاستیک و تنش کمبود آب همراه بود و به این ترتیب استفاده از پتانسیل این قارچ در جهت تخفیف اثرات منفی ناشی از تنش‌های مذکور می‌تواند مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Piriformospora indica symbiosis on growth and physiological indices of maize (Zea mays) seedlings exposed to microplastic particles and water deficit stress

نویسندگان [English]

  • Maryam Saman 1
  • Ali Sepehri 2
1 Department of Agricultural Sciences, Faculty of Technical and Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

Introduction

The contamination of agricultural soils with microplastic particles is one of the major environmental problems that has recently gained attention (Hartmann et al., 2022). On the other hand, due to climate change, drought stress, as one of the most important factors limiting crop production, is increasing alarmingly (Zia et al., 2021). This study was conducted to investigate the biological potential of the fungus Piriformospora indica in mitigating the adverse effects of stress caused by polyvinyl chloride (PVC) microplastic particles and water deficiency in maize crop.

Materials and Methods

The experiment was conducted as a factorial arrangement in a completely randomized design with three replicates. The studied factors included the addition of three concentrations of polyvinyl chloride microplastics to the soil (0, 0.1, and 1%), P. indica fungus at two levels (inoculation and non-inoculation), and water deficit stress at three levels of full irrigation (no stress), irrigation at 75 and 50 percent of field capacity (moderate and severe stress, respectively). Germinated maize seeds (cv. ‘Tah’) were inoculated with P. indica and planted in pots containing 3 kg of soil under greenhouse conditions. Water deficit stress was applied 14 days after planting. One month after planting, photosynthetic parameters and relative leaf water content were measured. The plants were then harvested, and the roots of the plants were examined under a microscope to determine the colonization percentage. Additionally, proline content, total chlorophyll content, and plant dry matter were measured.

Research Findings

The addition of 1% microplastic to the soil, similar to water deficit stress, significantly reduced relative leaf water content, total chlorophyll content, photosynthetic indices, and shoot dry matter in maize seedlings. Although the percentage of root colonization of maize seedlings by P. indica fungus decreased by 16.9%, 30.9%, and 47.1% under 1% microplastic contamination and water deficit at 75% and 50% of field capacity, respectively, the beneficial effects of the fungus on plant growth and measured parameters was still evident. So that the relative leaf water content, chlorophyll content, net photosynthesis rate, and shoot dry weight of inoculated plants exposed to the highest level of water deficit stress and in the presence of 1% microplastic were (8.2 and 9), (20.5 and 27), (17.9 and 17.8) and (43.5 and 46.8)% higher than plants without the fungus, respectively. In addition, the proline content of the plants also increased significantly in the presence of the fungus.

Conclusion

Overall, the results of this experiment showed that the presence of P. indica fungus was associated with increased growth and improved photosynthetic parameters of maize seedlings exposed to microplastic particles and water deficit stress, and thus, utilizing the potential the fungus could be considered to mitigate the negative impacts of these stresses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought stress
  • Maize
  • Photosynthesis
  • Endophytic fungus
  • Microplastic